WO2008058949A2 - Sensor element, device and method for inspecting a printed conductor structure, production method for sensor element - Google Patents

Sensor element, device and method for inspecting a printed conductor structure, production method for sensor element Download PDF

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sensor
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recessed lower
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Hagen Klausmann
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Siemens Aktiengesellschaft
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Definitions

  • Sensor element apparatus and method for inspecting a printed conductor structure, manufacturing method for sensor element
  • the present invention relates to a sensor element, to a device and to a method for inspecting a printed conductor structure formed on a flat carrier, in particular for contactless inspection of a printed conductor matrix formed on a flat screen substrate.
  • the present invention further relates to a manufacturing method for the above-mentioned sensor element.
  • TFT electrodes T_hin film T_ransistor electrodes
  • US Pat. No. 5,974,869 discloses an inspection method for wafers, wherein the surface of wafers is scanned without contact with a metal tip. In this case, the potential difference between the metal tip and the wafer surface is measured, wherein the work function of the electrons from different materials is at this potential difference. As a result, not only different materials but also chemical changes such as corrosion or geometric changes of a surface such as a trench structure can be detected.
  • the inspection method has the disadvantage that the surface to be examined has to be rotated relative to the metal tip, so that the inspection method is not suitable for printed conductor structures which are formed on flat carriers.
  • a high degree of parallelism is required. This means that with a measuring head which has a plurality of sensor electrodes, a plurality of measuring points are scanned or inspected on the printed conductor matrix at the same time.
  • pixels For example, on a modern 20-inch computer screen with a resolution of 1600 x 1200 pixels, there are 5.76 million pixels. In this case, three subpixels are required per pixel to allow in a known manner by color mixing a colored display.
  • the pixels typically have distances of about 50 ⁇ m (cell phone or camcorder displays) up to 500 ⁇ m (large scale LCD-TV).
  • a multi-channel sensor can be routed at intervals of a few ⁇ m over a TFT conductor track matrix to be inspected.
  • the invention has for its object to provide a sensor element and a device for inspection of a formed on a flat carrier track structure, which can be produced in a relatively simple manner and which allow a precise multi-channel measurement with arranged in a plane sensor electrodes.
  • a further object of the invention is to provide a measuring method for inspecting a printed conductor structure formed on a flat carrier, with which even complex printed conductor structures for liquid crystal displays with a large number of pixels can be inspected in an acceptable time.
  • the invention has the object to provide a particularly advantageous manufacturing method for at least one sensor element mentioned.
  • Independent claim 1 describes a sensor element for inspection of a printed conductor structure formed on a flat carrier.
  • the described sensor element is particularly suitable for contactless inspection of a printed conductor matrix formed on a flat screen substrate.
  • the sensor element comprises (a) a substrate mechanically structured to have a raised upper portion and a recessed lower portion, wherein the planar upper portion and the recessed lower portion are interconnected by a transition region, (b) a A plurality of sensor electrodes formed on the planar upper portion, and (c) a plurality of connecting lines for electrically contacting the plurality of sensor electrodes.
  • each sensor electrode is assigned a connecting line which extends from the respective sensor electrode to the recessed lower area.
  • the cited sensor element is based on the knowledge that, when using a step-like substrate, wirings which are required for electrical contacting of the individual sensor electrodes can be guided in a space-saving manner from the upper region, which comprises the sensor electrodes, in the lower region.
  • a compact multi-channel sensor element can be realized, wherein each sensor electrode defines a separate measurement channel.
  • 2 n high sensor elements are used, where n is an integer.
  • a 2-, 4-, 8-, 16-, 32-, 64-, 128-, 256-, 512-, 1028-channel sensor element can be realized.
  • the realized by the step arrangement of the substrate individual contacting of all sensor electrodes allows individual control of individual sensor electrodes.
  • the sensor element described can be used in a variety of ways, since a measurement with only one, with several or with all of the planar region formed sensor electrodes is possible.
  • the sensor element described is particularly suitable for the inspection of semi-finished flat-screen substrates, which have a plurality of thin-film transistors in a conductor matrix.
  • the inspection can be done by a
  • Inspection method are carried out, in which (a) by means of a positioning the sensor element and thus the sensor electrodes is positioned relative to the conductor track structure at a predetermined distance, (b) between the sensor electrodes and the conductor track structure, an electrical voltage is applied, (c) the sensor electrodes correspondingly driving the positioning means relative to the flat panel substrate in a plane parallel to the flat panel substrate, (d) measuring a current flow through at least one electrical lead connected to a sensor electrode, and (e) from the magnitude of the current flow, the local voltage condition of the trace structure is detected in the subregion.
  • the raised upper portion has a planar surface. This has the advantage that assuming an identical shape of all sensor electrodes, the tips of all sensor electrodes are virtually automatically located within a plane. In a parallel orientation of the sensor element to the conductor track structure to be inspected, a plurality of measuring points can thus be scanned simultaneously, wherein for each sensor electrode, the same measuring distance between conductor track structure and electrode tip is given.
  • planar is to be understood below as meaning a flatness in which the upper region has height or thickness fluctuations of at most ⁇ 2 ⁇ m, preferably of at most ⁇ 1 ⁇ m and in particular of not more than ⁇ 0.5 ⁇ m.
  • the required planarity depends on the particular measurement task and in particular on the required accuracy or sensitivity of the measurement signals.
  • the sensor electrodes and / or the connecting lines are manufactured by means of thin-film and / or microstructuring technology.
  • This has the advantage that the individual sensor electrodes can be produced together by means of method steps known, for example, from semiconductor technology, which enable a uniform and precise shaping of the individual sensor electrodes.
  • microstructuring technique is understood to mean, for example, microlithographic methods which are used in particular in the field of the production of semiconductor components or of micromechanical components. By using microlithographic methods, a multiplicity of different sensor elements can be produced reproducibly and with constant high precision.
  • the sensor electrodes and / or the connection lines are formed on a mechanically prestructured substrate, in which the recessed lower region has been formed, for example, by grinding or by hot deformation.
  • the raised upper portion of the substrate can remain substantially untreated, so that with a correspondingly high original surface quality of the substrate, a high planarity of the upper region or of the individual sensor electrodes is automatically ensured.
  • the sensor element in addition to a shield, which is designed such that an electromagnetic radiation from the connecting lines and / or an electromagnetic radiation is at least reduced in the connecting lines.
  • the shield preferably has a metallic layer, which can likewise be applied to the described sensor element by means of thin-film technology.
  • the substrate is a thin glass.
  • the use of thin glass has the advantage that pre-structuring of the step-like sensor element can be carried out in a simple manner, for example by means of known precision grinding processes. Especially suitable for this
  • Application described sensor element has borosilicate glass Schott AG, Hattenbergstr. 10, D-55122 Mainz.
  • the use of thin glass as a starting material also has the advantage that a particularly high planarity with height or thickness fluctuations of at most + - 0.5 microns can be realized in a simple manner.
  • the substrate is a wafer, in particular a silicon wafer.
  • a substrate material which is precisely known from semiconductor technology and for the handling and processing of which a multiplicity of suitable procedures are known is used for the production of the described sensor element.
  • wet-chemical etching processes are suitable.
  • dry etching methods can also be used.
  • the sensor element additionally has a plurality of electrical connection surfaces to the other
  • the pads are suitable to form so-called. Bond connections.
  • This has the advantage that the individual sensor electrodes can be contacted effectively with a flexible printed circuit board, for example by means of an ACF (Anisotropic Conductive Film Bonding) bonding process.
  • ACF Adisotropic Conductive Film Bonding
  • all bond connections including the flexible printed circuit board can be realized so flat that even with a very small depression of the lower region compared to the upper region of for example 200 microns, the flexible printed circuit board does not protrude beyond the sensor electrodes, so that the tips of the Sensor electrodes represent the most elevated areas of the sensor element described.
  • wire-bonding can also be used for further contacting of the sensor element. Since the wire-bonding, for example, from the IC connection technology is well known, can be used for producing the sensor element described in an advantageous manner to known methods for electrical contacting.
  • the sensor element in addition to a flexible printed circuit board, which comprises a plurality of drive lines, wherein in each case a drive line is connected to an electrical connection surface.
  • Flexwire has the advantage that the sensor element described can be contacted in a simple and reliable manner.
  • the sensor element can be installed in various measuring devices, which are optionally optimized for different measurement tasks.
  • the sensor element described can be used universally.
  • the flexible printed circuit board on at least a flat shield, so that a shield of the connecting lines to the flexible printed circuit board or to the Flexwire can be continued.
  • the transition between the transition region and the raised upper region and / or the transition between the transition region and the recessed lower region takes place at a shallow angle.
  • the term "flat" means that the corresponding transition angle is less than 90 °. This has the advantage that the application of the connecting lines is facilitated because the connecting lines do not have to be formed around a sharp corner.
  • the transition angle is preferably considerably less than 90 °, for example 5 °.
  • transition can also take place free of edges, for example with rounded quasi-continuous transitions.
  • the sensor electrodes are arranged in a row.
  • the sensor element described represents a linear sensor line in which the individual sensor electrodes are preferably spaced apart equidistant from one another.
  • the sensor electrodes can also be arranged offset from each other in at least two rows. This has the advantage that the described sensor element can be adapted to different measuring tasks. In particular, an adaptation to different pitches (so-called pitch distances) of thin-film transistors possible, which may be formed or arranged on substrates of liquid crystal flat screens.
  • Independent claim 12 describes a device for inspection of a printed conductor structure formed on a flat carrier.
  • the device described is particularly suitable for contactless inspection of a formed on a flat screen substrate
  • the device comprises (a) a chassis, (b) a receiving element which is arranged on the chassis and which is adapted to receive the flat carrier, (c) at least one sensor element according to one of the embodiments described above for inspecting the printed conductor structure and ( d) a positioning system, which is arranged on the chassis and which is coupled to the sensor element and / or with the receiving element such that the sensor element can be positioned relative to the flat carrier in a plane parallel to the conductor track structure.
  • the above-mentioned inspection device is based on the finding that the sensor element described above can be moved by means of a conventional precision positioning device relative to a conductor track structure to be inspected and thus flat scanning of the track structure can be realized in a simple manner.
  • precision positioning devices are known, in particular, from the field of electronics manufacturing, so that it is possible to resort to known standard components for realizing the inspection device.
  • the said inspection device can thus be manufactured comparatively inexpensively.
  • the positioning system may be a so-called surface positioning system, which enables a two-dimensional movement of the sensor element relative to the planar carrier. In this case, both a two-dimensional positioning of the carrier and a two-dimensional positioning of the sensor element can take place.
  • the positioning system can also be configured such that the carrier is movable along a first direction and the sensor element along a second direction, which second direction is oriented at an angle, preferably perpendicular, to the first direction.
  • the carrier is movable along a first direction and the sensor element along a second direction, which second direction is oriented at an angle, preferably perpendicular, to the first direction.
  • the device additionally has an evaluation unit, which is connected downstream of the sensor element and which is set up to evaluate the measurement signals provided by the sensor element.
  • the evaluation unit is configured, for example, to evaluate the local stress state of a subarea of the interconnect structure for determining the quality of the same.
  • quality of the conductor track structure in this context, in particular the areal geometric Dimensions of the conductor track structure to understand. These include in particular defects such as short circuits, constrictions or broken lines. Such defects definitely change the local stress distribution and can thus be reliably detected.
  • the quality of the printed conductor structure is also determined by dielectric influences which influence the capacitance between the respective sensor electrode and the printed conductor structure. This happens, for example, by chemical changes in the conductor track structure or by undesired dielectric deposits on the printed conductor structure.
  • the described method is particularly suitable for contactless inspection of a printed circuit board matrix formed on a flat-screen substrate.
  • the method comprises the following steps: (a) positioning the sensor element according to an embodiment described above by means of a positioning system relative to the printed conductor structure at a predetermined measuring distance, (b) applying an electrical voltage between the sensor electrodes and the printed conductor structure, (c) moving the sensor element Sensor element by a corresponding control of the positioning system relative to the planar carrier in a plane parallel to the conductor track structure, (d) measuring a current flow through at least one connected to a sensor electrode connecting line and (e) detecting a local stress state in at least a portion of the conductor track structure.
  • the method described is based on the knowledge that the distribution and the course of the electric field lines between the individual sensor electrodes and the respective scanning subregions of the conductor track structure of the depend on local stress state.
  • the course of the electric field lines determines the electrical capacitance between the sensor electrode and the scanning subregion.
  • the capacitance between the sensor electrode and the scanning subarea of the conductor track structure also changes, so that the current flow I between the respective sensor electrode and the conductor track structure results from the following equation:
  • U A c is an AC voltage and U D c is a DC voltage, which lie between the respective sensor electrode and the conductor track structure.
  • C is the capacitance between sensor electrode and interconnect structure.
  • d / dt denotes the time derivative of the variables C and U A c.
  • the current flow I also flows through the connecting line assigned to the respective sensor electrode and can be detected by correspondingly sensitive current measuring devices.
  • the method described has the advantage that the local stress state of the conductor track structure can be measured in comparison to known inspection methods with a simple and comparatively cheap detection electronics.
  • the contactless inspection method can be carried out with a device which contains electrical and mechanical components that are offered by many different manufacturers and therefore can be purchased comparatively cheap.
  • the conductor track structure is scanned by a grid-shaped movement of the sensor element.
  • This has the advantage that a matrix-like arrangement of conductor track structures can be measured quickly in the context of a standardized scanning process.
  • the sensor element can be guided, for example, in a meandering movement over the conductor track structure to be inspected.
  • the relative movement between see sensor element and carrier is preferably carried out continuously. However, the relative movement can equally well take the form of a stepwise movement.
  • an amplitude-modulated voltage is applied between the sensor electrodes and the printed conductor structure. This allows a particularly sensitive inspection, so that almost all defects of a conductor track structure can be reliably detected.
  • Independent claim 17 specifies a production method for at least one sensor element for inspection of a printed conductor structure formed on a flat carrier.
  • the manufacturing method comprises the following steps: (a) producing at least one trench structure in a starting substrate so that a raised upper surface area and a recessed lower area area are formed in the starting substrate, which are interconnected via a transitional intermediate area, (b) forming (c) forming the plurality of connection lines, wherein each sensor electrode is associated with a connection line extending from the respective sensor electrode to the recessed lower surface area, and (d) singulating the starting substrate such that at least one sensor element is cut out according to an embodiment described above.
  • the raised upper portion of the Sensor element associated with the raised upper surface area of the starting substrate.
  • the recessed lower portion of the sensor element is associated with the recessed lower surface area of the starting substrate.
  • the transition region of the sensor element is assigned to the transitional intermediate region of the starting substrate.
  • the production method described is based on the knowledge that at the same time a plurality of the above-described sensor elements can be produced by a common processing of a common starting substrate, wherein after a corresponding formation of all sensor electrodes and connecting lines the starting substrate is separated in a suitable manner.
  • the starting substrate may be a glass substrate, for example a silicate glass, or a wafer, for example made of silicon.
  • the formation of the sensor electrodes and connecting lines preferably takes place by means of known lithographic or photolithographic methods.
  • the manufacturing method additionally comprises the following step: forming lateral shields extending from the raised upper surface area to the recessed lower surface area, wherein a lateral shield is arranged next to a connecting line.
  • an electromagnetic radiation from the connecting lines and / or an electromagnetic radiation into the connecting lines can thus be considerably reduced during the operation of correspondingly produced sensor elements. In this way, the sensitivity and the
  • the lateral shields can be realized by a thin metallic layer, for example by a correspondingly structured aluminum layer. Coating thicknesses in the range of 200 to 500 nm have proved favorable.
  • aluminum it is also possible to use alloys of aluminum, for example with copper (AlCu), but also chromium and chromium alloys.
  • the manufacturing method additionally comprises the following steps: (a) applying a first metallization layer and exposing the connection lines, (b) applying an insulating layer, (c) exposing the sensor electrodes and the lateral shields from the isolate depositing a second metallization layer such that the lateral shields and the second metallization layer are electrically conductively connected to one another, and (e) exposing the sensor electrodes from the second metallization layer.
  • Shielding electrode is generated, which further reduces the electromagnetic sensitivity of the sensor elements produced by the described manufacturing method.
  • the insulating layer may be, for example, a silicon nitride layer. Again, a layer thickness in the range of 200 to 800 nm has proved to be favorable. It should be noted that the insulating layer can also consist of silicon dioxide or silicon oxynitride.
  • the exposure of the sensor electrodes and the lateral shields preferably takes place by means of a suitable lithographic procedure.
  • the first and / or the second metallization layer may again be an aluminum layer in the range from 200 to 500 nm. This corresponds to the above-mentioned layer for producing the lateral shields. Again, other metallizations, such as AlCu or Cr are conceivable.
  • a lower metallization layer can also be formed on the starting substrate prior to the formation of the connecting lines, wherein the lower metallization layer is electrically separated from the connecting lines by means of a further insulating layer.
  • a shield electrode is produced which completely surrounds the connection lines. This contributes to an even better shielding of the connecting lines.
  • the manufacturing method additionally comprises the following step: contacting the connection lines by means of a flexible printed circuit board.
  • the further contacting of the connecting lines preferably takes place after the individual sensor elements have been separated from the common starting substrate.
  • the contacting by means of a flexible printed circuit board has the advantage that each individual sensor element can be contacted in a simple and at the same time reliable manner.
  • the sensor element can be installed in optionally optimized with regard to different measurement tasks measuring devices, so that the sensor element described is universally applicable.
  • connection surface is assigned to a sensor electrode and electrically connected to the corresponding connection line.
  • the formation of the pads can be suitably combined with the manufacturing steps described above.
  • the connection surfaces are suitable for forming so-called bond connections. This has the advantage that the individual sensor electrodes can be contacted in an effective manner, for example by means of a flat bonding process or by means of wire bonding with a flexible printed circuit board.
  • a plurality of sensor elements to be manufactured are placed in the starting substrate such that (a) some sensor elements adjacent to each other are arranged in a row parallel to a longitudinal axis of the trench structure and / or (b) some sensor elements with respect to a longitudinal axis of the trench structure are arranged opposite each other on different sides.
  • each sensor element thus has an upper part of the raised upper surface area of the starting substrate and a lower part of the recessed lower area of the starting substrate.
  • the sensor electrodes are integrally formed on the upper part, whereas the lower part is used for contacting the respective sensor element.
  • the manufacturing method described also has the advantage that a large number of individual sensor elements can be produced in an effective manner via the layout and the size of the starting substrate.
  • a plurality of trenches can also be formed in a starting substrate, which are preferably oriented parallel to one another. In this way, a flat starting substrate can be used almost completely for producing the sensor elements according to the invention.
  • Figure 1 is a perspective view of an inspection ⁇ device for contactless inspection of a flat panel display formed on a substrate conductor matrix
  • FIG. 2b shows the multi-channel sensor element shown in FIG. 2a in a plan view
  • Figure 3a is a pre-structured starting substrate for the manufacture ⁇ averaging a plurality of multi-channel sensor elements in a plan view,
  • FIG. 3 b shows the starting substrate shown in FIG. 3 a in a cross-sectional view
  • FIG. 3c shows a spatial arrangement of a plurality of multichannel sensor elements to be produced on the starting substrate shown in FIG. 3a
  • Figure 4a is an intermediate in the manufacture of a multi-channel sensor element in a plan view, are formed on the sensor substrate by a first metallization ⁇ approximately planar sensor electrodes, interconnections, pads and shields,
  • FIG. 4b shows an enlarged view of the sensor electrodes, the connecting lines and a shield of the intermediate product shown in FIG. 4a,
  • 5a shows a manufactured multi-channel sensor element in a plan view
  • FIG. 5b shows the multi-channel sensor element shown in FIG. 5a in a perspective view
  • FIG. 6a shows a contacted with a flexible printed circuit board multi-channel sensor element in a perspective view
  • FIG. 1 shows an inspection device 100 for contactless inspection of a printed conductor structure 131 formed on a flat carrier 130.
  • the planar carrier is a flat-screen substrate 130 on which, after an early production step, for the production of an LCD flat screen a trace matrix 131 has been formed, by means of which a plurality of thin-film transistors are contacted.
  • the inspection device 100 has a frame or a chassis 101, on which a receiving element 102 is arranged.
  • the receiving element 102 which according to the embodiment illustrated here is a fixing table 102, serves to receive the flat-screen substrate 130.
  • On the chassis 101 two parallel aligned guides 103 are attached.
  • the two guides 103 carry a transverse support arm 104.
  • the transverse support arm 104 has a guide 105 on which a support member 106 is slidably mounted.
  • the two guides 103 extend along a y-direction, the guide 105 runs along an x-direction.
  • a multi-channel sensor element 150 is arranged, which has a plurality of sensor electrodes, not shown.
  • the guides 103, the carrier arm 104, the guide 105 and the carrier element 106 together constitute a surface positioning system not shown drive motors.
  • the multi-channel sensor element 150 can be positioned parallel to the flat panel substrate 130. In this case, a certain predetermined measuring distance of a few 10 ⁇ m is always maintained between the sensor electrodes and the printed conductor matrix.
  • FIG. 2 a shows the multi-channel sensor element 150 used for the inspection device 100, which is now provided with the reference numeral 250.
  • the multi-channel sensor element 250 has a stepped substrate 251, which has been prestructured, for example, starting from a thin glass or a wafer.
  • the sensor element 250 has a raised upper area 260 and a recessed lower area 280, which are connected to one another via a stepped transition area 270.
  • the raised upper portion 260 is provided with a plurality of sensor electrodes 261 arranged along a row.
  • the raised upper area 260 has a very high planarity, wherein the height variations of the surface 262 of the area 260 only reach a maximum unevenness of ⁇ 0.5 ⁇ m. This means that, an identical Assuming table shape of all sensor electrodes, the tips of all sensor electrodes 261 are virtually automatically located within a plane.
  • the recessed lower portion 280 is provided with a plurality of lands 281.
  • Each connection surface 281 is connected to one of the sensor electrodes 261 by means of a connecting line which is hidden by a cover layer and thus not shown.
  • the step formed by the intermediate region 270 has a very shallow angle. This angle is approximately 5 ° according to the embodiment shown here. This has the advantage that the connecting lines are guided only over a largely edge-free flat transition, so that in the manufacture of the connecting lines, which production preferably can be done by means of known lithographic process, line interruptions are difficult to get.
  • FIG. 2b shows the multi-channel sensor element 250 in a plan view.
  • the multi-channel sensor element 250 has a total of 64 sensor electrodes 261. Parallel to the row of sensor elements 261, the sensor element 250 has a length of 12 mm along an x-direction.
  • the sensor element 250 further has a width of 10 mm perpendicular to the row of the sensor elements 261 along a y-direction, wherein the raised upper portion 260 has a width of 4 mm, the intermediate portion 270 a width of 2.3 mm and the recessed lower Region 280 has a width of 3.7 mm.
  • other spatial dimensions of the multi-channel sensor element 250 are possible.
  • centering marks 252 are also present, which is in the manufacture of the multi-channel sensor element 250 of importance. These Production will be described in more detail below.
  • the centering markings 252 serve, for example, for an exact spatial assignment of masks for structuring steps in the production of sensor electrodes, connecting lines and connection surfaces.
  • each pad 281 is connected via a connecting line, not shown, with a specific sensor electrode 261.
  • the connection lines are each provided with a shield which can be contacted together via ground connection surfaces 282. The exact form of the shield is explained below with reference to Figure 4c in detail.
  • FIG. 3 a shows a plan view of a prestructured starting substrate 390 for producing a plurality of multi-channel sensor elements.
  • the pre-structuring which can take place by means of mechanical grinding and / or an etching process, forms a trench structure 391 in the starting substrate 390.
  • the trench structure has a plurality of spaced-apart recessed lower surface areas 391.
  • the recessed lower surface regions 391 extend along an x-direction.
  • a recessed lower surface area 391 is perpendicular to its longitudinal extent, ie, along a y-direction via a transitional intermediate portion 393 in a raised upper surface area 392 over.
  • the recessed lower surface regions 391 and the raised upper surface regions 392 extend parallel to one another.
  • other trench structures for example a meandering trench structure, are also conceivable.
  • FIG. 3b shows the starting substrate 390 in a cross-sectional view perpendicular to the x-direction.
  • the outer raised upper surface areas at the edge of the starting substrate 390 have a width of about 13 mm along the y-direction.
  • the inner raised upper surface areas have a width of 8.3 mm.
  • the recessed lower surface portions 391 have a width of 7.7 mm and the two adjacent transition intermediate portions 393 have a width of about 2.3 mm.
  • the transitional intermediate regions 393 are inclined at an angle of approximately 5 ° relative to the surface of the raised upper surface regions 391.
  • the height difference along the z-direction between the raised upper surface portions 391 and the recessed lower surface portions 391 is about 200 ⁇ m.
  • other geometric dimensions are conceivable to produce a multi-channel sensor elements, as explained in the following.
  • FIG. 3c shows the arrangement of a multiplicity of multichannel sensor elements 350 to be produced on the starting substrate
  • the individual sensor elements 350 are arranged adjacent to one another in a plurality of rows parallel to the x-direction. Furthermore, sensor elements 350, which are assigned to two adjacent rows, are arranged opposite one another. Each sensor element 350 thus has an upper part of the raised upper surface area 392 of the starting substrate 390 and a lower part of the recessed lower surface area 391 of the starting substrate 390.
  • the sensor electrodes are subsequently formed on the upper part, whereas the lower part is used for contacting the respective sensor element 350.
  • This has the advantage that the individual sensor elements 350 are arranged in the benefit of the starting substrate 390 in an effective and space-saving manner.
  • a large number of individual sensor elements 350 can be effectively manufactured.
  • FIGS. 4a and 4b show an intermediate product in the production of a multichannel sensor element 450.
  • FIG. 4a shows this intermediate product in a plan view
  • FIG. 4b shows the intermediate product in a perspective view.
  • the intermediate product has a first metallization plane which has been applied to the sensor substrate 451 and patterned in a known manner, for example by means of lithography.
  • the patterning defines (a) sensor electrodes 461 in the raised top region 460, (b) in the recessed bottom region 480
  • connecting lines 471 extend along the y-direction on one side to the sensor electrodes 461 and on the other side to the pads 481.
  • lateral shields 475 are defined, which are formed in the same stepped plane as the connecting lines 471 , The lateral shields are electrically conductively connected to each other and can via grounding pads
  • FIG. 4c shows an enlarged view of the sensor electrodes 461, which are contacted by the connecting lines 471 and shielded from the electromagnetic radiation by the lateral shields 475.
  • FIGS. 5a and 5b show the finished multichannel sensor element 550.
  • FIG. 5a shows the multichannel sensor element 550.
  • FIG. element 550 in a plan view
  • Figure 5b shows the multi-channel sensor element 550 in a perspective view.
  • the finished multi-channel sensor element 550 was produced by the following method steps:
  • an insulating plane for example a silicon nitride layer, and structuring of the applied insulating plane, so that the sensor electrodes 561, the lateral shields and the connection surfaces 581 are exposed.
  • the raised upper area of the substrate 551 thus constitutes a sensor field 560, which has a total of 64 sensor electrodes 561 arranged in a row, which are connected to a corresponding connection area 581 via a respective shielded connection line.
  • the connection surfaces 581 are located in the recessed lower region, which is therefore also referred to as the connection region 580 of the sensor element 550.
  • the connection lines extend over the transition region 570.
  • FIGS. 6a and 6b show a multichannel sensor element 650 contacted with a flexible printed circuit board 685.
  • FIG. 6 a shows a top view
  • FIG. 6 b shows a perspective view of the contacted multichannel sensor element 650.
  • the flexible printed circuit board or Flexwire 685 is so flat that even with the only very small depression of the lower region 680 compared to the upper region 660 of 200 ⁇ m, the flexible printed circuit board 685 does not protrude beyond the sensor electrodes. This means that the tips of the sensor electrodes represent the most elevated portions of the multi-channel sensor element 650.
  • the flexible printed circuit board 685 is contacted, for example, by means of an ACF (Anisotropic Conductive Film Bonding) bonding process with the corresponding connection surfaces.
  • ACF Adisotropic Conductive Film Bonding
  • the flexible printed circuit board 685 can also be contacted to the connection surfaces by means of conventional wire bonding.
  • transition area / step 680 recessed lower area / connection area

Abstract

The invention relates to a sensor element for inspecting a printed conductor structure (131) that is mounted on a flat support (130). The sensor element (250) comprises a substrate (251), which is mechanically structured in such a way that it has a raised upper region (260) and lowered lower region (280) said planar upper (260) region and lowered lower region (280) being interconnected by a preferably step-type transition region (270). The sensor element (250) also comprises a plurality of sensor electrodes (261), arranged on the planar upper region (260) and a plurality of connecting conductors (471) for electrically connecting the plurality of sensor electrodes (261). A connecting conductor (471) is connected to each sensor electrode (261), said conductor extending from the respective sensor electrode (261) to the lowered lower region (280). The invention also relates to a device and a method for inspecting a printed conductor structure (131), in addition to a production method for the aforementioned sensor element.

Description

Beschreibungdescription
Sensorelement, Vorrichtung und Verfahren zur Inspektion einer Leiterbahnstruktur, Herstellungsverfahren für SensorelementSensor element, apparatus and method for inspecting a printed conductor structure, manufacturing method for sensor element
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sensorelement, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Inspektion von einer an einem flächigen Träger ausgebildeten Leiterbahnstruktur, insbesondere zur kontaktlosen Inspektion von einer an einem Flachbildschirm-Substrat ausgebildeten Leiterbahnmatrix. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Herstellungsverfahren für das oben genannte Sensorelement.The present invention relates to a sensor element, to a device and to a method for inspecting a printed conductor structure formed on a flat carrier, in particular for contactless inspection of a printed conductor matrix formed on a flat screen substrate. The present invention further relates to a manufacturing method for the above-mentioned sensor element.
Im Bereich der Fertigung von Flüssigkristallanzeigen (LCD, Liquid Crystal Display) ist für einen effektiven und wirtschaftlichen Fertigungsprozess eine Inspektion von elektrischen TFT-Elektroden (T_hin Film T_ransistor-Elektroden) auf einem Glassubstrat erforderlich, um ggf. vorhandene Defekte möglichst frühzeitig im Verlauf eines Herstellungsprozesses für Flüssigkristallanzeigen zu erkennen.In the field of production of liquid crystal displays (LCD, Liquid Crystal Display), an inspection of TFT electrodes (T_hin film T_ransistor electrodes) on a glass substrate is required for an effective and economical production process in order to detect any defects as early as possible in the course of a manufacturing process to recognize for liquid crystal displays.
Aus der US 5,974,869 ist ein Inspektionsverfahren für Wafer bekannt, wobei mit einer Metallspitze die Oberfläche von Wafern kontaktlos abgetastet wird. Dabei wird die Potentialdifferenz zwischen Metallspitze und Wafer-Oberflache gemessen, wobei zu dieser Potentialdifferenz auch die Austrittsarbeit der Elektronen aus unterschiedlichen Materialen beträgt. Dadurch können außer unterschiedlichen Materialien auch chemische Veränderungen wie beispielsweise eine Korrosion oder geometrische Veränderungen einer Oberfläche wie beispielsweise eine Grabenstruktur erfasst werden. Das Inspektionsverfahren hat jedoch den Nachteil, dass die zu untersuchende Oberfläche relativ zu der Metallspitze rotiert werden muss, so dass das Inspektionsverfahren für Leiterbahnstrukturen, die auf flächigen Trägern ausgebildet sind, nicht geeignet ist. Um nun eine komplexe Leiterbahnmatrix, d.h. eine Matrix mit einer großen Anzahl von Pixeln in akzeptabler Zeit zu inspizieren, ist ein hohes Maß an Parallelität erforderlich. Dies bedeutet, dass mit einem Messkopf, welcher eine Mehrzahl von Sensorelektroden aufweist, gleichzeitig mehrere Messpunkte auf der Leiterbahnmatrix abgetastet bzw. inspiziert werden.US Pat. No. 5,974,869 discloses an inspection method for wafers, wherein the surface of wafers is scanned without contact with a metal tip. In this case, the potential difference between the metal tip and the wafer surface is measured, wherein the work function of the electrons from different materials is at this potential difference. As a result, not only different materials but also chemical changes such as corrosion or geometric changes of a surface such as a trench structure can be detected. However, the inspection method has the disadvantage that the surface to be examined has to be rotated relative to the metal tip, so that the inspection method is not suitable for printed conductor structures which are formed on flat carriers. In order to inspect a complex trace matrix, ie a matrix with a large number of pixels in an acceptable time, a high degree of parallelism is required. This means that with a measuring head which has a plurality of sensor electrodes, a plurality of measuring points are scanned or inspected on the printed conductor matrix at the same time.
So sind beispielsweise auf einem modernen 20-Zoll-Computer- bildschirm mit einer Auflösung von 1600 x 1200 Bildpunkten 5,76 Mio Pixel vorhanden. Dabei werden pro Bildpunkt drei Subpixel benötigt, um in bekannter Weise durch Farbmischung eine farbige Anzeige zu ermöglichen. Die Pixel haben dabei typischerweise Abstände von ungefähr 50μm (Handy- bzw. Kame- radisplays) bis hin zu 500μm (large scale LCD-TV) .For example, on a modern 20-inch computer screen with a resolution of 1600 x 1200 pixels, there are 5.76 million pixels. In this case, three subpixels are required per pixel to allow in a known manner by color mixing a colored display. The pixels typically have distances of about 50μm (cell phone or camcorder displays) up to 500μm (large scale LCD-TV).
Bei der Parallelisierung der Leitebahninspektion ist aufgrund der starken Abstandsabhängigkeit insbesondere von kapazitiven Messverfahren darauf zu achten, dass die verwendeten einzel- nen Sensorelektroden geometrisch innerhalb von wenigen μm in einer planen Ebene liegen. Ist diese Bedingung erfüllt, dann kann ein Mehrkanalsensor in Abständen von einigen lOμm über eine zu inspizierende TFT Leiterbahnmatrix geführt werden.When parallelizing the track inspection, it must be ensured that the individual sensor electrodes used are geometrically within a few μm in a plane plane due to the strong distance dependence, in particular of capacitive measuring methods. If this condition is fulfilled, then a multi-channel sensor can be routed at intervals of a few μm over a TFT conductor track matrix to be inspected.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Sensorelement und eine Vorrichtung zur Inspektion von einer an einem flächigen Träger ausgebildeten Leiterbahnstruktur anzugeben, welche auf vergleichsweise einfache Weise hergestellt werden können und welche eine präzise mehrkanalige Messung mit in einer Ebene angeordneten Sensorelektroden ermöglichen. DerThe invention has for its object to provide a sensor element and a device for inspection of a formed on a flat carrier track structure, which can be produced in a relatively simple manner and which allow a precise multi-channel measurement with arranged in a plane sensor electrodes. Of the
Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein Messverfahren zur Inspektion von einer an einem flächigen Träger ausgebildeten Leiterbahnstruktur anzugeben, mit dem auch komplexe Leiterbahnstrukturen für Flüssigkristallanzeigen mit einer großen Pixel-Anzahl in einer akzeptablen Zeit inspiziert werden können. Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein besonders vorteilhaftes Herstellungsverfahren für zumindest ein genanntes Sensorelement anzugeben.A further object of the invention is to provide a measuring method for inspecting a printed conductor structure formed on a flat carrier, with which even complex printed conductor structures for liquid crystal displays with a large number of pixels can be inspected in an acceptable time. In addition, the invention has the object to provide a particularly advantageous manufacturing method for at least one sensor element mentioned.
Diese Aufgaben werden gelöst durch die Gegenstände der unab- hängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben .These objects are achieved by the subject-matter of the independent patent claims. Advantageous embodiments of the present invention are described in the dependent claims.
Mit dem unabhängigen Patentanspruch 1 wird ein Sensorelement zur Inspektion von einer an einem flächigen Träger ausgebildeten Leiterbahnstruktur beschrieben. Das beschriebene Sensorelement eignet sich insbesondere zur kontaktlosen Inspektion von einer an einem Flachbildschirm-Substrat ausgebildeten Leiterbahnmatrix. Das Sensorelement weist auf (a) ein Substrat, welches mechanisch derart strukturiert ist, dass es einen erhabenen oberen Bereich und einen vertieften unteren Bereich aufweist, wobei der plane obere Bereich und der vertiefte untere Bereich durch einen Übergangsbereich miteinander verbunden sind, (b) eine Mehrzahl von Sensorelektroden, die an dem planen oberen Bereich ausgebildet sind, und (c) eine Mehrzahl von Verbindungsleitungen zum elektrischen Kontaktieren der Mehrzahl von Sensorelektroden. Dabei ist jeder Sensorelektrode eine Verbindungsleitung zugeordnet, welche sich von der jeweiligen Sensorelektrode bis hin zu dem vertieften unteren Bereich erstreckt.Independent claim 1 describes a sensor element for inspection of a printed conductor structure formed on a flat carrier. The described sensor element is particularly suitable for contactless inspection of a printed conductor matrix formed on a flat screen substrate. The sensor element comprises (a) a substrate mechanically structured to have a raised upper portion and a recessed lower portion, wherein the planar upper portion and the recessed lower portion are interconnected by a transition region, (b) a A plurality of sensor electrodes formed on the planar upper portion, and (c) a plurality of connecting lines for electrically contacting the plurality of sensor electrodes. In this case, each sensor electrode is assigned a connecting line which extends from the respective sensor electrode to the recessed lower area.
Dem genannten Sensorelement liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei Verwendung eines stufenartig ausgebildeten Substrates Verdrahtungen, die zur elektrischen Kontaktierung der einzelnen Sensorelektroden erforderlich sind, auf Platz sparende Weise von dem oberen Bereich, welcher die Sensorelektroden umfasst, in dem unteren Bereich geführt werden können. Somit kann ein kompaktes mehrkanaliges Sensorelement realisiert werden, wobei jede Sensorelektrode einen separaten Messkanal definiert. Bevorzugt werden 2 hoch n Sensorelemente verwendet, wobei n eine ganze Zahl ist. Somit kann auf Platz sparende Weise beispielsweise ein 2-, 4-, 8-, 16-, 32-, 64-, 128-, 256-, 512-, 1028-kanaliges Sensorelement realisiert werden .The cited sensor element is based on the knowledge that, when using a step-like substrate, wirings which are required for electrical contacting of the individual sensor electrodes can be guided in a space-saving manner from the upper region, which comprises the sensor electrodes, in the lower region. Thus, a compact multi-channel sensor element can be realized, wherein each sensor electrode defines a separate measurement channel. Preferably, 2 n high sensor elements are used, where n is an integer. Thus, in a space-saving manner, for example, a 2-, 4-, 8-, 16-, 32-, 64-, 128-, 256-, 512-, 1028-channel sensor element can be realized.
Die durch die Stufenanordnung des Substrates realisierte individuelle Kontaktierung aller Sensorelektroden ermöglicht eine individuelle Ansteuerung von einzelnen Sensorelektroden. Somit ist das beschriebene Sensorelement auf vielfältige Weisen einsetzbar, da eine Messung mit lediglich einer, mit mehreren oder mit allen an dem planen Bereich ausgebildeten Sensorelektroden möglich ist.The realized by the step arrangement of the substrate individual contacting of all sensor electrodes allows individual control of individual sensor electrodes. Thus, the sensor element described can be used in a variety of ways, since a measurement with only one, with several or with all of the planar region formed sensor electrodes is possible.
Das beschriebene Sensorelement eignet sich insbesondere zur Inspektion von halbfertigen Flachbildschirmsubstraten, die in einer Leiterbahn-Matrix eine Vielzahl von Dünnschicht- Transistoren aufweisen. Die Inspektion kann dabei durch einThe sensor element described is particularly suitable for the inspection of semi-finished flat-screen substrates, which have a plurality of thin-film transistors in a conductor matrix. The inspection can be done by a
Inspektionsverfahren durchgeführt werden, bei dem (a) mittels einer Positioniereinrichtung das Sensorelement und damit die Sensorelektroden relativ zu der Leiterbahnstruktur in einem vorbestimmten Abstand positioniert wird, (b) zwischen den Sensorelektroden und der Leiterbahnstruktur eine elektrische Spannung angelegt wird, (c) die Sensorelektroden durch eine entsprechende Ansteuerung der Positioniereinrichtung relativ zu dem Flachbildschirmsubstrat in einer Ebene parallel zu dem Flachbildschirmsubstrat bewegt werden, (d) ein Stromfluss durch zumindest eine mit einer Sensorelektrode verbundene elektrische Leitung gemessen wird, und (e) aus der Stärke des Stromflusses der lokale Spannungszustand der Leiterbahnstruktur in dem Teilbereich detektiert wird.Inspection method are carried out, in which (a) by means of a positioning the sensor element and thus the sensor electrodes is positioned relative to the conductor track structure at a predetermined distance, (b) between the sensor electrodes and the conductor track structure, an electrical voltage is applied, (c) the sensor electrodes correspondingly driving the positioning means relative to the flat panel substrate in a plane parallel to the flat panel substrate, (d) measuring a current flow through at least one electrical lead connected to a sensor electrode, and (e) from the magnitude of the current flow, the local voltage condition of the trace structure is detected in the subregion.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung nach Anspruch 2 weist der erhabene obere Bereich eine planare Oberfläche auf. Dies hat den Vorteil, dass, eine identische Form aller Sensorelektroden vorausgesetzt, sich die Spitzen aller Sensorelektroden quasi automatisch innerhalb einer Ebene befinden. Bei einer parallelen Orientierung des Sensorelements zu der zu inspizierenden Leiterbahnstruktur können somit gleichzeitig eine Vielzahl von Messpunkten abgetastet werden, wobei für jede Sensorelektrode der selbe Messabstand zwischen Leiterbahnstruktur und Elektrodenspitze gegeben ist.According to an embodiment of the invention according to claim 2, the raised upper portion has a planar surface. This has the advantage that assuming an identical shape of all sensor electrodes, the tips of all sensor electrodes are virtually automatically located within a plane. In a parallel orientation of the sensor element to the conductor track structure to be inspected, a plurality of measuring points can thus be scanned simultaneously, wherein for each sensor electrode, the same measuring distance between conductor track structure and electrode tip is given.
Unter dem Begriff planar ist im Folgenden eine Ebenheit zu verstehen, bei welcher der obere Bereich Höhen- bzw. Dickenschwankungen von maximal ±2 μm, bevorzugt von maximal ±1 μm und insbesondere von maximal ±0,5 μm aufweist. Selbstverständlich hängt die erforderliche Planarität von der jeweiligen Messaufgabe und insbesondere von der erforderlichen Genauigkeit bzw. Empfindlichkeit der Messsignale ab.The term planar is to be understood below as meaning a flatness in which the upper region has height or thickness fluctuations of at most ± 2 μm, preferably of at most ± 1 μm and in particular of not more than ± 0.5 μm. Of course, the required planarity depends on the particular measurement task and in particular on the required accuracy or sensitivity of the measurement signals.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung nach Anspruch 3 sind die Sensorelektroden und/oder die Verbindungsleitungen mittels Dünnschicht- und/oder Mikrostrukturie- rungstechnik hergestellt. Dies hat den Vorteil, dass die einzelnen Sensorelektroden gemeinsam mittels beispielsweise aus der Halbleitertechnik bekannten Verfahrensschritten hergestellt werden können, die eine einheitliche und präzise Ausformung der einzelnen Sensorelektroden ermöglichen. Unter dem Begriff Mikrostrukturierungstechnik werden dabei beispielsweise mikrolithographische Verfahren verstanden, die insbesondere auf dem Gebiet der Herstellung von Halbleiterbauelementen oder von mikromechanischen Bauelementen verwendet werden. Durch die Verwendung von mikrolithographischen Verfahren kann eine Vielzahl von unterschiedlichen Sensorelementen reproduzierbar und mit gleich bleibender hoher Präzision hergestellt werden.According to a further embodiment of the invention according to claim 3, the sensor electrodes and / or the connecting lines are manufactured by means of thin-film and / or microstructuring technology. This has the advantage that the individual sensor electrodes can be produced together by means of method steps known, for example, from semiconductor technology, which enable a uniform and precise shaping of the individual sensor electrodes. The term microstructuring technique is understood to mean, for example, microlithographic methods which are used in particular in the field of the production of semiconductor components or of micromechanical components. By using microlithographic methods, a multiplicity of different sensor elements can be produced reproducibly and with constant high precision.
Bevorzugt werden die Sensorelektroden und/oder die Verbin- dungsleitungen auf einem mechanisch vorstrukturierten Substrat ausgebildet, bei dem der vertiefte untere Bereich beispielsweise durch Schleifen oder durch Heißverformen ausgebildet wurde. Damit kann der erhabene obere Bereich des Substrates im wesentlichen unbehandelt bleiben, so dass bei einer entsprechend hohen ursprünglichen Oberflächengüte des Substrates automatisch eine hohe Planarität des oberen Bereiches bzw. der einzelnen Sensorelektroden gewährleistet ist. Gemäß Anspruch 4 weist das Sensorelement zusätzlich eine Abschirmung auf, welche derart ausgebildet ist, dass eine elektromagnetische Abstrahlung von den Verbindungsleitungen und/oder eine elektromagnetische Einstrahlung in die Verbindungsleitungen zumindest reduziert ist. Bevorzugt weist die Abschirmung eine metallische Schicht auf, die ebenfalls mittels Dünnfilmtechnik an dem beschriebenen Sensorelement aufgebracht werden kann.Preferably, the sensor electrodes and / or the connection lines are formed on a mechanically prestructured substrate, in which the recessed lower region has been formed, for example, by grinding or by hot deformation. Thus, the raised upper portion of the substrate can remain substantially untreated, so that with a correspondingly high original surface quality of the substrate, a high planarity of the upper region or of the individual sensor electrodes is automatically ensured. According to claim 4, the sensor element in addition to a shield, which is designed such that an electromagnetic radiation from the connecting lines and / or an electromagnetic radiation is at least reduced in the connecting lines. The shield preferably has a metallic layer, which can likewise be applied to the described sensor element by means of thin-film technology.
Gemäß Anspruch 5 ist das Substrat ein Dünnglas. Die Verwendung von Dünnglas hat den Vorteil, dass eine Vorstrukturie- rung des stufenartigen Sensorelements auf einfache Weise beispielsweise mittels bekannter Präzisionsschleifprozesse erfolgen kann. Als besonders geeignet für das mit dieserAccording to claim 5, the substrate is a thin glass. The use of thin glass has the advantage that pre-structuring of the step-like sensor element can be carried out in a simple manner, for example by means of known precision grinding processes. Especially suitable for this
Anmeldung beschriebene Sensorelement hat sich Borosilikatglas der Schott AG, Hattenbergstr . 10, D-55122 Mainz heraus gestellt. Die Verwendung von Dünnglas als Ausgangsmaterial hat ferner den Vorteil, dass auf einfache Weise eine besonders hohe Planarität mit Höhen- bzw. Dickenschwankungen von maximal +- 0,5 μm realisiert werden kann.Application described sensor element has borosilicate glass Schott AG, Hattenbergstr. 10, D-55122 Mainz. The use of thin glass as a starting material also has the advantage that a particularly high planarity with height or thickness fluctuations of at most + - 0.5 microns can be realized in a simple manner.
Gemäß Anspruch 6 ist das Substrat ein Wafer, insbesondere eine Silizium Wafer. Dies hat den Vorteil, dass zur Herstel- lung des beschriebenen Sensorelements ein aus der Halbleitertechnik genau bekanntes Substratmaterial verwendet wird, für dessen Handhabung und Bearbeitung eine Vielzahl von geeigneten Prozeduren bekannt sind. Zur Herstellung einer entsprechenden Vorstrukturierung, die zumindest eine Stufe bzw. zumindest eine Vertiefung aufweist, sind insbesondere nasschemische Ätzverfahren geeignet. Trockenätzverfahren können jedoch auch verwendet werden.According to claim 6, the substrate is a wafer, in particular a silicon wafer. This has the advantage that a substrate material which is precisely known from semiconductor technology and for the handling and processing of which a multiplicity of suitable procedures are known is used for the production of the described sensor element. In order to produce a corresponding pre-structuring which has at least one step or at least one depression, in particular wet-chemical etching processes are suitable. However, dry etching methods can also be used.
Gemäß Anspruch 7 weist das Sensorelement zusätzlich eine Mehrzahl von elektrischen Anschlussflächen zur weiterenAccording to claim 7, the sensor element additionally has a plurality of electrical connection surfaces to the other
Kontaktierung des Sensorelements auf, welche Anschlussflächen an dem vertieften unteren Bereich ausgebildet sind, wobei jeweils eine Anschlussfläche einer Sensorelektrode zugeordnet und mit der entsprechenden Verbindungsleitung elektrisch verbunden ist.Contacting the sensor element, which pads are formed on the recessed lower portion, wherein each associated with a pad of a sensor electrode and is electrically connected to the corresponding connecting line.
Bevorzugt sind die Anschlussflächen geeignet um sog. Bond- Verbindungen auszubilden. Dies hat den Vorteil, dass die einzelnen Sensorelektroden auf effektive Weise beispielsweise mittels eines ACF-Bondprozesses (Anisotropie Conductive Film- Bondprozesses) mit einer flexiblen Leiterplatine kontaktiert werden können. Dabei können alle Bond-Verbindungen einschließlich der flexiblen Leiterplatine so flach realisiert sein, dass selbst bei einer lediglich sehr geringen Vertiefung des unteren Bereiches im Vergleich zu dem oberen Bereich von beispielsweise 200 μm die flexible Leiterplatine nicht über die Sensorelektroden hinausragt, so dass die Spitzen der Sensorelektroden die am meisten erhabenen Bereiche des beschriebenen Sensorelements darstellen.Preferably, the pads are suitable to form so-called. Bond connections. This has the advantage that the individual sensor electrodes can be contacted effectively with a flexible printed circuit board, for example by means of an ACF (Anisotropic Conductive Film Bonding) bonding process. In this case, all bond connections including the flexible printed circuit board can be realized so flat that even with a very small depression of the lower region compared to the upper region of for example 200 microns, the flexible printed circuit board does not protrude beyond the sensor electrodes, so that the tips of the Sensor electrodes represent the most elevated areas of the sensor element described.
Anstelle von flächigen Bond-Verbindungstechniken kann auch das sog. Wire-Bonding zur weiteren Kontaktierung des Sensorelements verwendet werden. Da auch das Wire-Bonding beispielsweise aus der IC-Verbindungstechnik gut bekannt ist, kann zur Herstellung des beschriebenen Sensorelements auf vorteilhafte Weise auf bekannte Verfahren zur elektrischen Kontaktierung zurückgegriffen werden.Instead of areal bonding techniques, the so-called wire-bonding can also be used for further contacting of the sensor element. Since the wire-bonding, for example, from the IC connection technology is well known, can be used for producing the sensor element described in an advantageous manner to known methods for electrical contacting.
Gemäß Anspruch 8 weist das Sensorelement zusätzlich eine flexible Leiterplatine auf, welche eine Mehrzahl von Ansteuerleitungen umfasst, wobei jeweils eine Ansteuerleitung mit einer elektrischen Anschlussfläche verbunden ist. Die Verwendung sog. Flexwire hat den Vorteil, dass das beschriebene Sensorelement auf einfache und zugleich zuverlässige Art und Weise kontaktiert werden kann. Außerdem kann das Sensorelement in verschiedene Messvorrichtungen eingebaut werden, welche ggf. für unterschiedliche Messaufgaben optimiert sind. Somit ist das beschriebene Sensorelement universal einsetzbar . Gemäß Anspruch 9 weist die flexible Leiterplatine zumindest eine flächige Schirmung auf, so dass eine Abschirmung der Verbindungsleitungen an der flexiblen Leiterplatte bzw. an dem Flexwire weitergeführt werden kann.According to claim 8, the sensor element in addition to a flexible printed circuit board, which comprises a plurality of drive lines, wherein in each case a drive line is connected to an electrical connection surface. The use of so-called. Flexwire has the advantage that the sensor element described can be contacted in a simple and reliable manner. In addition, the sensor element can be installed in various measuring devices, which are optionally optimized for different measurement tasks. Thus, the sensor element described can be used universally. According to claim 9, the flexible printed circuit board on at least a flat shield, so that a shield of the connecting lines to the flexible printed circuit board or to the Flexwire can be continued.
Gemäß Anspruch 10 erfolgt der Übergang zwischen dem Übergangsbereich und dem erhabenen oberen Bereich und/oder der Übergang zwischen dem Übergangsbereich und dem vertieften unteren Bereich in einem flachen Winkel. In diesem Zusammenhang bedeutet der Ausdruck "flach", dass der entsprechende Übergangswinkel kleiner als 90° ist. Dies hat den Vorteil, dass das Aufbringen der Verbindungsleitungen erleichtert ist, da die Verbindungsleitungen nicht um eine scharfe Ecke herum angeformt werden müssen. Der Übergangswinkel ist bevorzugt erheblich kleiner als 90°, beispielsweise 5°.According to claim 10, the transition between the transition region and the raised upper region and / or the transition between the transition region and the recessed lower region takes place at a shallow angle. In this context, the term "flat" means that the corresponding transition angle is less than 90 °. This has the advantage that the application of the connecting lines is facilitated because the connecting lines do not have to be formed around a sharp corner. The transition angle is preferably considerably less than 90 °, for example 5 °.
An dieser Stelle wird darauf hingewiesen, dass der Übergang auch frei von Kanten, beispielsweise mit abgerundeten quasi kontinuierlichen Übergängen erfolgen kann.It should be noted at this point that the transition can also take place free of edges, for example with rounded quasi-continuous transitions.
Gemäß Anspruch 11 sind die Sensorelektroden in einer Reihe angeordnet. Dies hat neben einer besonders einfachen Realisierung den Vorteil, dass das beschriebene Sensorelement eine lineare Sensorzeile darstellt, in der die einzelnen Sensorelektroden bevorzugt äquidistant voneinander beabstandet sind. Durch eine lineare Bewegung des Sensorelements relativ zu einem zu inspizierenden Substrat kann somit eine Messfläche abgetastet werden, die von der Breite bzw. bei gegebenem Sensorelektroden-Abstand von der Anzahl der Sensorelektroden abhängt .According to claim 11, the sensor electrodes are arranged in a row. In addition to a particularly simple realization, this has the advantage that the sensor element described represents a linear sensor line in which the individual sensor electrodes are preferably spaced apart equidistant from one another. By means of a linear movement of the sensor element relative to a substrate to be inspected, it is thus possible to scan a measuring surface which depends on the width or, for a given sensor electrode distance, on the number of sensor electrodes.
An dieser Stelle wird darauf hingewiesen, dass die Sensorelektroden auch gegeneinander versetzt in zumindest zwei Reihen angeordnet sein können. Dies hat den Vorteil, dass das beschriebene Sensorelement an verschiedene Messaufgaben angepasst werden kann. Insbesondere ist eine Anpassung an unterschiedliche Teilungsabstände (sog. Pitch-Abstände) von Dünnschicht-Transistoren möglich, welche auf Substraten von Flüssigkristall-Flachbildschirmen ausgebildet bzw. angeordnet sein können.It should be noted at this point that the sensor electrodes can also be arranged offset from each other in at least two rows. This has the advantage that the described sensor element can be adapted to different measuring tasks. In particular, an adaptation to different pitches (so-called pitch distances) of thin-film transistors possible, which may be formed or arranged on substrates of liquid crystal flat screens.
Mit dem unabhängigen Patentanspruch 12 wird eine Vorrichtung zur Inspektion von einer an einem flächigen Träger ausgebildeten Leiterbahnstruktur beschrieben. Die beschriebene Vorrichtung eignet sich insbesondere zur kontaktlosen Inspektion von einer an einem Flachbildschirm-Substrat ausgebildetenIndependent claim 12 describes a device for inspection of a printed conductor structure formed on a flat carrier. The device described is particularly suitable for contactless inspection of a formed on a flat screen substrate
Leiterbahnmatrix. Die Vorrichtung weist auf (a) ein Chassis, (b) ein Aufnahmeelement, welches an dem Chassis angeordnet ist und welches zur Aufnahme des flächigen Trägers eingerichtet ist, (c) zumindest ein Sensorelement nach einer der oben beschriebenen Ausführungsformen zur Inspektion der Leiterbahnstruktur und (d) ein Positioniersystem, welches an dem Chassis angeordnet ist und welches derart mit dem Sensorelement und/oder mit dem Aufnahmeelement gekoppelt ist, dass das Sensorelement relativ zu dem flächigen Träger in einer Ebene parallel zu der Leiterbahnstruktur positionierbar ist.Interconnect matrix. The device comprises (a) a chassis, (b) a receiving element which is arranged on the chassis and which is adapted to receive the flat carrier, (c) at least one sensor element according to one of the embodiments described above for inspecting the printed conductor structure and ( d) a positioning system, which is arranged on the chassis and which is coupled to the sensor element and / or with the receiving element such that the sensor element can be positioned relative to the flat carrier in a plane parallel to the conductor track structure.
Der genannten Inspektionsvorrichtung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass das oben beschriebene Sensorelement mittels einer herkömmlichen Präzisions-Positioniereinrichtung relativ zu einer zu inspizierenden Leiterbahnstruktur bewegt werden kann und so auf einfache Weise eine flächige Abtastung der Leiterbahnstruktur realisiert werden kann. Derartige Präzisi- ons-Positioniereinrichtungen sind insbesondere aus dem Bereich der Elektronikfertigung bekannt, so dass zur Realisie- rung der Inspektionsvorrichtung auf bekannte Standartkomponenten zurückgegriffen werden kann. Die genannte Inspektionsvorrichtung kann somit vergleichsweise kostengünstig hergestellt werden.The above-mentioned inspection device is based on the finding that the sensor element described above can be moved by means of a conventional precision positioning device relative to a conductor track structure to be inspected and thus flat scanning of the track structure can be realized in a simple manner. Such precision positioning devices are known, in particular, from the field of electronics manufacturing, so that it is possible to resort to known standard components for realizing the inspection device. The said inspection device can thus be manufactured comparatively inexpensively.
Das Positioniersystem kann ein so genanntes Flächenpositio- niersystem sein, welches eine zweidimensionale Bewegung des Sensorelements relativ zu dem flächigen Träger ermöglicht. Dabei kann sowohl eine zweidimensionale Positionierung des Trägers als auch eine zweidimensionale Positionierung des Sensorelements erfolgen.The positioning system may be a so-called surface positioning system, which enables a two-dimensional movement of the sensor element relative to the planar carrier. In this case, both a two-dimensional positioning of the carrier and a two-dimensional positioning of the sensor element can take place.
Das Positioniersystem kann auch derart ausgestaltet sein, dass der Träger entlang einer ersten Richtung und das Sensorelement entlang einer zweiten Richtung bewegbar ist, welche zweite Richtung winklig, bevorzugt senkrecht, zu der ersten Richtung orientiert ist. Auf diese Weise kann durch eine Kombination zweier linearer Bewegungen eine präzise vollständige Abtastung einer zweidimensionalen Leiterbahnstruktur realisiert werden. Dies gilt auch dann, wenn die Fläche der Leiterbahnstruktur so groß ist, dass durch eine lediglich eindimensionale Bewegung des Sensorelements entlang einer Richtung, welche Richtung bevorzugt senkrecht zu einer durch nebeneinander angeordnete Sensorelektroden definierten Sensorzeile orientiert ist, eine vollständige Abtastung nicht möglich ist.The positioning system can also be configured such that the carrier is movable along a first direction and the sensor element along a second direction, which second direction is oriented at an angle, preferably perpendicular, to the first direction. In this way, by a combination of two linear movements, a precise complete scanning of a two-dimensional printed conductor structure can be realized. This also applies if the surface of the conductor track structure is so large that a complete scanning is not possible by a merely one-dimensional movement of the sensor element along a direction which direction is preferably oriented perpendicular to a sensor line defined by juxtaposed sensor electrodes.
Selbstverständlich kann auch lediglich eine eindimensionale Positionierung des Sensorelements relativ zu dem Träger erfolgen. Auch in diesem Fall kann eine flächige Abtastung der Leiterbahnstruktur realisiert werden, wenn ein Sensorelement mit einer länglichen Messzeile verwendet wird oder wenn gleichzeitig mehrere Sensorelemente verwendet werden.Of course, only a one-dimensional positioning of the sensor element can take place relative to the carrier. In this case too, a planar scanning of the printed conductor structure can be realized if a sensor element with an elongate measuring line is used or if several sensor elements are used at the same time.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung nach Anspruch 13 weist die Vorrichtung zusätzlich eine Auswerteeinheit auf, welche dem Sensorelement nachgeschaltet ist und welche zur Auswertung der von dem Sensorelement bereitgestellten Messsignale eingerichtet ist.According to an embodiment of the invention according to claim 13, the device additionally has an evaluation unit, which is connected downstream of the sensor element and which is set up to evaluate the measurement signals provided by the sensor element.
Die Auswerteeinheit ist beispielsweise eingerichtet, den lokalen Spannungszustand eines Teilbereichs der Leiterbahn- struktur zur Bestimmung der Qualität derselben auszuwerten. Unter dem Begriff Qualität der Leiterbahnstruktur sind in diesem Zusammenhang insbesondere die flächigen geometrischen Abmessungen der Leiterbahnstruktur zu verstehen. Dazu zählen insbesondere Defekte wie Kurzschlüsse, Einschnürungen oder Leitungsbrüche. Derartige Defekte ändern auf jeden Fall die örtliche Spannungsverteilung und können somit zuverlässig erkannt werden.The evaluation unit is configured, for example, to evaluate the local stress state of a subarea of the interconnect structure for determining the quality of the same. The term quality of the conductor track structure in this context, in particular the areal geometric Dimensions of the conductor track structure to understand. These include in particular defects such as short circuits, constrictions or broken lines. Such defects definitely change the local stress distribution and can thus be reliably detected.
Die Qualität der Leiterbahnstruktur wird jedoch auch durch dielektrische Einflüsse bestimmt, welche die Kapazität zwischen der jeweiligen Sensorelektrode und der Leiterbahnstruk- tur beeinflussen. Dies geschieht beispielsweise durch chemische Veränderungen der Leiterbahnstruktur oder durch unerwünschte dielektrische Ablagerungen auf der Leiterbahnstruktur .However, the quality of the printed conductor structure is also determined by dielectric influences which influence the capacitance between the respective sensor electrode and the printed conductor structure. This happens, for example, by chemical changes in the conductor track structure or by undesired dielectric deposits on the printed conductor structure.
Mit dem unabhängigen Anspruch 14 wird ein Verfahren zurWith independent claim 14, a method for
Inspektion von einer an einem flächigen Träger ausgebildeten Leiterbahnstruktur beschrieben. Das beschriebene Verfahren eignet sich insbesondere zur kontaktlosen Inspektion von einer an einem Flachbildschirm-Substrat ausgebildeten Leiter- bahnmatrix. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: (a) Positionieren des Sensorelements gemäß einer oben beschriebenen Ausführungsform mittels eines Positioniersystems relativ zu der Leiterbahnstruktur in einem vorbestimmten Messabstand, (b) Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen den Sensorelektroden und der Leiterbahnstruktur, (c) Bewegen des Sensorelements durch eine entsprechende Ansteuerung des Positioniersystems relativ zu dem flächigen Träger in einer Ebene parallel zu der Leiterbahnstruktur, (d) Messen eines Stromflusses durch zumindest eine mit einer Sensorelektrode verbundene Verbindungsleitung und (e) Detektieren eines lokalen Spannungszustands in zumindest einem Teilbereich der Leiterbahnstruktur .Inspection of a formed on a flat carrier track structure described. The described method is particularly suitable for contactless inspection of a printed circuit board matrix formed on a flat-screen substrate. The method comprises the following steps: (a) positioning the sensor element according to an embodiment described above by means of a positioning system relative to the printed conductor structure at a predetermined measuring distance, (b) applying an electrical voltage between the sensor electrodes and the printed conductor structure, (c) moving the sensor element Sensor element by a corresponding control of the positioning system relative to the planar carrier in a plane parallel to the conductor track structure, (d) measuring a current flow through at least one connected to a sensor electrode connecting line and (e) detecting a local stress state in at least a portion of the conductor track structure.
Dem beschriebenen Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Verteilung und der Verlauf der elektrischen Feldlinien zwischen den einzelnen Sensorelektroden und den jeweiligen Abtast-Teilbereichen der Leiterbahnstruktur von dem lokalen Spannungszustand abhängen. Der Verlauf der elektrischen Feldlinien bestimmt dabei die elektrische Kapazität zwischen der Sensorelektrode und dem Abtast-Teilbereich. Mit einer Variation der Feldlinienverteilung ändert sich somit auch die Kapazität zwischen Sensorelektrode und dem Abtast- Teilbereich der Leiterbahnstruktur, so dass sich der Strom- fluss I zwischen der jeweiligen Sensorelektrode und der Leiterbahnstruktur aus folgender Gleichung ergibt:The method described is based on the knowledge that the distribution and the course of the electric field lines between the individual sensor electrodes and the respective scanning subregions of the conductor track structure of the depend on local stress state. The course of the electric field lines determines the electrical capacitance between the sensor electrode and the scanning subregion. With a variation of the field line distribution, the capacitance between the sensor electrode and the scanning subarea of the conductor track structure also changes, so that the current flow I between the respective sensor electrode and the conductor track structure results from the following equation:
I = (UAC + UDC) dC/dt + C dUAC/dtI = (U AC + U DC ) dC / dt + C dU AC / dt
Dabei ist UAc eine Wechselspannung und UDc eine Gleichspannung, die zwischen der jeweiligen Sensorelektrode und der Leiterbahnstruktur anliegen. C ist die Kapazität zwischen Sensorelektrode und Leiterbahnstruktur. Der Ausdruck d/dt bezeichnet die zeitliche Ableitung der Größen C bzw. UAc • Der Stromfluss I fließt dabei auch durch die der jeweiligen Sensorelektrode zugeordnete Verbindungsleitung und kann durch entsprechend empfindliche Strommesseinrichtungen detektiert werden.In this case, U A c is an AC voltage and U D c is a DC voltage, which lie between the respective sensor electrode and the conductor track structure. C is the capacitance between sensor electrode and interconnect structure. The term d / dt denotes the time derivative of the variables C and U A c. The current flow I also flows through the connecting line assigned to the respective sensor electrode and can be detected by correspondingly sensitive current measuring devices.
Es wird darauf hingewiesen, dass für die Realisierung der Erfindung lediglich eine relative Positionierung zwischen Leiterbahn und Sensorelement erforderlich ist. Dies bedeutet, dass entweder das Sensorelement, der flächige Träger oder auch das Sensorelement und der Träger mittels zumindest einem Positioniersystem bewegt werden kann.It should be noted that for the realization of the invention, only a relative positioning between the conductor track and sensor element is required. This means that either the sensor element, the flat carrier or even the sensor element and the carrier can be moved by means of at least one positioning system.
Das beschriebene Verfahren hat den Vorteil, dass der lokale Spannungszustand der Leiterbahnstruktur im Vergleich zu bekannten Inspektionsverfahren mit einer einfachen und vergleichsweise billigen Erfassungselektronik gemessen werden kann. Damit kann das kontaktlose Inspektionsverfahren mit einer Vorrichtung durchgeführt werden, welche elektrische und mechanische Komponenten enthält, die von vielen verschiedenen Herstellern angeboten werden und deshalb vergleichsweise gleich günstig erworben werden können. Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung nach Anspruch 15 wird die Leiterbahnstruktur durch eine rasterförmige Bewegung des Sensorelements abgetastet. Dies hat den Vorteil, dass eine matrixförmige Anordnung von Leiterbahnstrukturen im Rahmen eines standardisierten Abtastvorganges zügig vermessen werden kann. Dabei kann das Sensorelement beispielsweise in einer mäanderförmigen Bewegung über die zu inspizierende Leiterbahnstruktur geführt werden. Die Relativbewegung zwi- sehen Sensorelement und Träger erfolgt bevorzugt kontinuierlich. Die Relativbewegung kann jedoch genauso gut in Form einer schrittweise durchgeführten Bewegung erfolgen.The method described has the advantage that the local stress state of the conductor track structure can be measured in comparison to known inspection methods with a simple and comparatively cheap detection electronics. Thus, the contactless inspection method can be carried out with a device which contains electrical and mechanical components that are offered by many different manufacturers and therefore can be purchased comparatively cheap. According to an embodiment of the invention according to claim 15, the conductor track structure is scanned by a grid-shaped movement of the sensor element. This has the advantage that a matrix-like arrangement of conductor track structures can be measured quickly in the context of a standardized scanning process. In this case, the sensor element can be guided, for example, in a meandering movement over the conductor track structure to be inspected. The relative movement between see sensor element and carrier is preferably carried out continuously. However, the relative movement can equally well take the form of a stepwise movement.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung nach Anspruch 16 wird zwischen den Sensorelektroden und der Leiterbahnstruktur eine amplitudenmodulierte Spannung angelegt. Dies ermöglicht eine besonders empfindliche Inspektion, so dass nahezu alle Defekte einer Leiterbahnstruktur zuverlässig erkannt werden können.According to a further embodiment of the invention according to claim 16, an amplitude-modulated voltage is applied between the sensor electrodes and the printed conductor structure. This allows a particularly sensitive inspection, so that almost all defects of a conductor track structure can be reliably detected.
Mit dem unabhängigen Patentanspruch 17 wird ein Herstellverfahren für zumindest ein Sensorelement zur Inspektion von einer an einem flächigen Träger ausgebildeten Leiterbahnstruktur angegeben. Das Herstellverfahren weist die folgenden Schritte auf: (a) Erzeugen von zumindest einer Grabenstruktur in einem Ausgangssubstrat, so dass in dem Ausgangssubstrat ein erhabener oberer Flächenbereich und ein vertiefter unterer Flächenbereich entsteht, die über einen Übergangs- Zwischenbereich miteinander verbunden sind, (b) Ausbilden der Mehrzahl von Sensorelektroden an dem oberen Flächenbereich, (c) Ausbilden der Mehrzahl von Verbindungsleitungen, wobei jeder Sensorelektrode eine Verbindungsleitung zugeordnet ist, welche sich von der jeweiligen Sensorelektrode bis hin zu dem vertieften unteren Flächenbereich erstreckt, und (d) Verein- zeln des Ausgangssubstrates derart, dass zumindest ein Sensorelement nach einem oben beschriebenen Ausführungsbeispiele ausgeschnitten wird. Dabei ist der erhabene obere Bereich des Sensorelements dem erhabenen oberen Flächenbereich des Ausgangssubstrates zugeordnet. Ferner ist der vertiefte untere Bereich des Sensorelements dem vertieften unteren Flächenbereich des Ausgangssubstrates zugeordnet. Außerdem ist der Übergangsbereich des Sensorelements dem Übergangs- Zwischenbereich des Ausgangssubstrates zugeordnet.Independent claim 17 specifies a production method for at least one sensor element for inspection of a printed conductor structure formed on a flat carrier. The manufacturing method comprises the following steps: (a) producing at least one trench structure in a starting substrate so that a raised upper surface area and a recessed lower area area are formed in the starting substrate, which are interconnected via a transitional intermediate area, (b) forming (c) forming the plurality of connection lines, wherein each sensor electrode is associated with a connection line extending from the respective sensor electrode to the recessed lower surface area, and (d) singulating the starting substrate such that at least one sensor element is cut out according to an embodiment described above. Here is the raised upper portion of the Sensor element associated with the raised upper surface area of the starting substrate. Further, the recessed lower portion of the sensor element is associated with the recessed lower surface area of the starting substrate. In addition, the transition region of the sensor element is assigned to the transitional intermediate region of the starting substrate.
Dem beschriebenen Herstellverfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass gleichzeitig eine Mehrzahl der oben beschrie- benen Sensorelemente durch eine gemeinsame Bearbeitung eines gemeinsamen Ausgangssubstrates hergestellt werden können, wobei nach einer entsprechenden Ausbildung sämtlicher Sensorelektroden und Verbindungsleitungen das Ausgangssubstrat in geeigneter Weise vereinzelt wird. Das Ausgangssubstrat kann ein Glassubstrat, beispielsweise ein Silikatglas, oder ein Wafer, beispielsweise aus Silizium, sein. Das Ausbilden der Sensorelektroden und Verbindungsleitungen erfolgt bevorzugt mittels bekannter lithographischer bzw. photolithographischer Verfahren .The production method described is based on the knowledge that at the same time a plurality of the above-described sensor elements can be produced by a common processing of a common starting substrate, wherein after a corresponding formation of all sensor electrodes and connecting lines the starting substrate is separated in a suitable manner. The starting substrate may be a glass substrate, for example a silicate glass, or a wafer, for example made of silicon. The formation of the sensor electrodes and connecting lines preferably takes place by means of known lithographic or photolithographic methods.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung nach Anspruch 18 weist das Herstellverfahren zusätzlich den folgenden Schritt auf: Ausbilden von lateralen Abschirmungen, die sich von dem erhabenen oberen Flächenbereich bis hin zum dem vertieften unteren Flächenbereich erstrecken, wobei jeweils eine laterale Abschirmung neben einer Verbindungsleitung angeordnet ist.According to an embodiment of the invention according to claim 18, the manufacturing method additionally comprises the following step: forming lateral shields extending from the raised upper surface area to the recessed lower surface area, wherein a lateral shield is arranged next to a connecting line.
Bei einer entsprechenden Kontaktierung der lateralen Abschir- mung, bevorzugt bei einer Erdung der lateralen Abschirmungen, kann somit während des Betriebes von entsprechend erzeugten Sensorelementen eine elektromagnetische Abstrahlung von den Verbindungsleitungen und/oder eine elektromagnetische Einstrahlung in die Verbindungsleitungen erheblich reduziert werden. Auf diese Weise kann die Empfindlichkeit und dieWith a corresponding contacting of the lateral shielding, preferably with a grounding of the lateral shields, an electromagnetic radiation from the connecting lines and / or an electromagnetic radiation into the connecting lines can thus be considerably reduced during the operation of correspondingly produced sensor elements. In this way, the sensitivity and the
Zuverlässigkeit der Sensorelemente erheblich erhöht werden. Die lateralen Abschirmungen können durch eine dünne metallische Schicht, beispielsweise durch eine entsprechend strukturierte Aluminium Schicht realisiert werden. Als günstig haben sich Schichtdicken im Bereich von 200 bis 500nm erwiesen. Neben Aluminium können auch Legierungen des Aluminiums, beispielsweise mit Kupfer (AlCu) , aber auch Chrom und Chrom- Legierungen verwendet werden.Reliability of the sensor elements can be significantly increased. The lateral shields can be realized by a thin metallic layer, for example by a correspondingly structured aluminum layer. Coating thicknesses in the range of 200 to 500 nm have proved favorable. In addition to aluminum, it is also possible to use alloys of aluminum, for example with copper (AlCu), but also chromium and chromium alloys.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung nach Anspruch 19 weist das Herstellverfahren zusätzlich die folgenden Schritte auf: (a) Aufbringen einer ersten Metallisierungsschicht und Freilegen der Verbindungsleitungen, (b) Aufbringen einer Isolationsschicht, (c) Freilegen der Sensorelektroden und der lateralen Abschirmungen von der Isolati- onsschicht, (d) Aufbringen einer zweiten Metallisierungsschicht, so dass die lateralen Abschirmungen und die zweite Metallisierungsschicht elektrisch leitend miteinander verbunden sind, und (e) Freilegen der Sensorelektroden von der zweiten Metallisierungsschicht. Dies hat den Vorteil, dass mit der zweiten Metallisierungsschicht eine vollflächigeAccording to a further embodiment of the invention according to claim 19, the manufacturing method additionally comprises the following steps: (a) applying a first metallization layer and exposing the connection lines, (b) applying an insulating layer, (c) exposing the sensor electrodes and the lateral shields from the isolate depositing a second metallization layer such that the lateral shields and the second metallization layer are electrically conductively connected to one another, and (e) exposing the sensor electrodes from the second metallization layer. This has the advantage that with the second metallization layer a full-surface
Abschirmungselektrode erzeugt wird, welche die elektromagnetische Empfindlichkeit der mit dem beschriebenen Herstellungsverfahren erzeugten Sensorelemente weiter reduziert.Shielding electrode is generated, which further reduces the electromagnetic sensitivity of the sensor elements produced by the described manufacturing method.
Die Isolationsschicht kann beispielsweise eine Siliziumnitridschicht sein. Auch hier hat sich eine Schichtdicke im Bereich von 200 bis 800nm als günstig erwiesen. Es sei darauf hingewiesen, dass die Isolationsschicht auch aus Siliziumdioxid oder auch Siliziumoxidnitrid bestehen kann. Das Freile- gen der Sensorelektroden und der lateralen Abschirmungen erfolgt bevorzugt mittels einer geeigneten lithographischen Prozedur. Die erste und/oder die zweite Metallisierungsschicht kann beispielsweise erneut eine Aluminiumschicht im Bereich von 200 bis 500nm sein. Dies entspricht der oben genannten Schicht zur Herstellung der lateralen Abschirmungen. Auch hier sind andere Metallisierungen, wie AlCu oder Cr denkbar . Es wird darauf hingewiesen, dass in entsprechender Weise auch vor dem Ausbilden der Verbindungsleitungen eine untere Metallisierungsschicht auf dem Ausgangssubstrat ausgebildet werden kann, wobei die untere Metallisierungsschicht mittels einer weiteren Isolationsschicht von den Verbindungsleitungen elektrisch getrennt ist. Somit kann durch eine geeignete Verbindung dieser unteren Metallisierungsschicht mit den lateralen Abschirmungen und der genannten oberen Metallisie- rungsschicht eine Abschirmungselektrode erzeugt wird, welche die Verbindungsleitungen vollständig umgibt. Dies trägt zu einer noch besseren Abschirmung der Verbindungsleitungen bei.The insulating layer may be, for example, a silicon nitride layer. Again, a layer thickness in the range of 200 to 800 nm has proved to be favorable. It should be noted that the insulating layer can also consist of silicon dioxide or silicon oxynitride. The exposure of the sensor electrodes and the lateral shields preferably takes place by means of a suitable lithographic procedure. For example, the first and / or the second metallization layer may again be an aluminum layer in the range from 200 to 500 nm. This corresponds to the above-mentioned layer for producing the lateral shields. Again, other metallizations, such as AlCu or Cr are conceivable. It should be noted that, in a corresponding manner, a lower metallization layer can also be formed on the starting substrate prior to the formation of the connecting lines, wherein the lower metallization layer is electrically separated from the connecting lines by means of a further insulating layer. Thus, by a suitable connection of this lower metallization layer with the lateral shields and the said upper metallization layer, a shield electrode is produced which completely surrounds the connection lines. This contributes to an even better shielding of the connecting lines.
Gemäß Anspruch 20 weist das Herstellverfahren zusätzlich den folgenden Schritt auf: Kontaktieren der Verbindungsleitungen mittels einer flexiblen Leiterplatine. Dabei erfolgt das weitere Kontaktieren der Verbindungsleitungen bevorzugt nach dem Vereinzeln der einzelnen Sensorelemente aus dem gemeinsamen Ausgangssubstrat.According to claim 20, the manufacturing method additionally comprises the following step: contacting the connection lines by means of a flexible printed circuit board. In this case, the further contacting of the connecting lines preferably takes place after the individual sensor elements have been separated from the common starting substrate.
Die Kontaktierung mittels einer flexiblen Leiterplatine hat den Vorteil, dass jedes einzelne Sensorelement auf einfache und zugleich zuverlässige Art und Weise kontaktiert werden kann. Außerdem kann das Sensorelement in auf ggf. in Hinblick auf unterschiedliche Messaufgaben optimierte Messvorrichtungen eingebaut werden, so dass das beschriebene Sensorelement universal einsetzbar ist.The contacting by means of a flexible printed circuit board has the advantage that each individual sensor element can be contacted in a simple and at the same time reliable manner. In addition, the sensor element can be installed in optionally optimized with regard to different measurement tasks measuring devices, so that the sensor element described is universally applicable.
Die Kontaktierung der flexiblen Leiterplatine an die Verbin- dungsleitungen kann über eine Mehrzahl von elektrischen Anschlussflächen erfolgen, welche an dem unteren Bereich ausgebildet sind. Dabei ist jeweils eine Anschlussfläche einer Sensorelektrode zugeordnet und mit der entsprechenden Verbindungsleitung elektrisch verbunden. Die Ausbildung der Anschlussflächen kann in geeigneter Weise mit den oben beschriebenen Herstellungsschritten kombiniert werden. Wie oben bereits erläutert, sind die Anschlussflächen zur Ausbildung von sog. Bond-Verbindungen geeignet. Dies hat den Vorteil, dass die einzelnen Sensorelektroden auf effektive Weise beispielsweise mittels eines flächigen Bondprozesses oder mittels Wire-Bonding mit einer flexiblen Leiterplatine kontaktiert werden können.The contacting of the flexible printed circuit board to the connecting lines can take place via a plurality of electrical connecting surfaces, which are formed on the lower region. In each case, a connection surface is assigned to a sensor electrode and electrically connected to the corresponding connection line. The formation of the pads can be suitably combined with the manufacturing steps described above. As already explained above, the connection surfaces are suitable for forming so-called bond connections. This has the advantage that the individual sensor electrodes can be contacted in an effective manner, for example by means of a flat bonding process or by means of wire bonding with a flexible printed circuit board.
Gemäß Anspruch 21 sind eine Mehrzahl von herzustellenden Sensorelementen derart in dem Ausgangssubstrat platziert, dass (a) einige Sensorelemente zueinander benachbart in einer Reihe parallel zu einer Längsachse der Grabenstruktur angeordnet sind und/oder dass (b) einige Sensorelemente in Bezug auf eine Längsachse der Grabenstruktur einander gegenüberliegend an unterschiedlichen Seiten angeordnet sind.According to claim 21, a plurality of sensor elements to be manufactured are placed in the starting substrate such that (a) some sensor elements adjacent to each other are arranged in a row parallel to a longitudinal axis of the trench structure and / or (b) some sensor elements with respect to a longitudinal axis of the trench structure are arranged opposite each other on different sides.
Dies hat den Vorteil, dass die einzelnen Sensorelemente im Nutzen des Ausgangssubstrates auf effektive und Platz sparende Weise angeordnet sind. Jedes Sensorelement weist somit einen oberen Teil des erhabenen oberen Flächenbereichs des Ausgangssubstrates und einen unteren Teil des vertieften unteren Flächenbereiches des Ausgangssubstrates auf. Wie oben im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Sensorelement beschrieben, werden an dem oberen Teil die Sensorelektroden angeformt, wohingegen der untere Teil für eine Kontaktierung des jeweiligen Sensorelements dient.This has the advantage that the individual sensor elements are arranged in the benefit of the starting substrate in an effective and space-saving manner. Each sensor element thus has an upper part of the raised upper surface area of the starting substrate and a lower part of the recessed lower area of the starting substrate. As described above in connection with the sensor element according to the invention, the sensor electrodes are integrally formed on the upper part, whereas the lower part is used for contacting the respective sensor element.
Das beschriebene Herstellungsverfahren hat zudem den Vorteil, dass über das Layout und die Größe des Ausgangssubstrates eine große Anzahl von einzelnen Sensorelementen auf effektive Weise hergestellt werden kann.The manufacturing method described also has the advantage that a large number of individual sensor elements can be produced in an effective manner via the layout and the size of the starting substrate.
Selbstverständlich können in einem Ausgangssubstrat auch mehrere Gräben ausgebildet werden, die bevorzugt parallel zueinander orientiert sind. Auf diese Weise kann ein flächi- ges Ausgangssubstrat nahezu vollständig zur Herstellung der erfindungsgemäßen Sensorelemente genutzt werden. Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung derzeit bevorzugter Ausführungsformen. In der Zeichnung zeigen in schematischen Darstellungen:Of course, a plurality of trenches can also be formed in a starting substrate, which are preferably oriented parallel to one another. In this way, a flat starting substrate can be used almost completely for producing the sensor elements according to the invention. Further advantages and features of the present invention will become apparent from the following exemplary description of presently preferred embodiments. In the drawing show in schematic representations:
Figur 1 eine perspektivische Darstellung einer Inspektions¬ vorrichtung zur kontaktlosen Inspektion von einer an einem Flachbildschirm-Substrat ausgebildeten Leiterbahnmatrix,Figure 1 is a perspective view of an inspection ¬ device for contactless inspection of a flat panel display formed on a substrate conductor matrix,
Figur 2a eine Mehrkanal-Sensorelement in einer perspektivi¬ schen Darstellung,2a shows a multi-channel sensor element in a perspektivi ¬ rule representation,
Figur 2b das in Figur 2a dargestellte Mehrkanal-Sensorelement in einer Draufsicht,FIG. 2b shows the multi-channel sensor element shown in FIG. 2a in a plan view,
Figur 3a ein vorstrukturiertes Ausgangssubstrat zur Herstel¬ lung einer Mehrzahl von Mehrkanal-Sensorelementen in einer Draufsicht,Figure 3a is a pre-structured starting substrate for the manufacture ¬ averaging a plurality of multi-channel sensor elements in a plan view,
Figur 3b das in Figur 3a dargestellte Ausgangssubstrat in einer Querschnittsansicht,FIG. 3 b shows the starting substrate shown in FIG. 3 a in a cross-sectional view,
Figur 3c eine räumliche Anordnung einer Vielzahl von herzu- stellenden Mehrkanal-Sensorelementen auf dem in Figur 3a dargestellten Ausgangssubstrat,FIG. 3c shows a spatial arrangement of a plurality of multichannel sensor elements to be produced on the starting substrate shown in FIG. 3a,
Figur 4a ein Zwischenprodukt bei der Herstellung eines Mehrkanal-Sensorelementes in einer Draufsicht, wobei auf dem Sensorsubstrat mittels einer ersten Metallisie¬ rungsebene Sensorelektroden, Verbindungsleitungen, Anschlussflächen und Abschirmungen ausgebildet wurden,Figure 4a is an intermediate in the manufacture of a multi-channel sensor element in a plan view, are formed on the sensor substrate by a first metallization ¬ approximately planar sensor electrodes, interconnections, pads and shields,
Figur 4b das in Figur 4a dargestellte Zwischenprodukt in einer perspektivischen Darstellung, Figur 4c eine vergrößerte Darstellung der Sensorelektroden, der Verbindungsleitungen und einer Abschirmung des in Figur 4a dargestellten Zwischenprodukts,4b, the intermediate product shown in Figure 4a in a perspective view, FIG. 4c shows an enlarged view of the sensor electrodes, the connecting lines and a shield of the intermediate product shown in FIG. 4a,
Figur 5a ein hergestelltes Mehrkanal-Sensorelement in einer Draufsicht,5a shows a manufactured multi-channel sensor element in a plan view,
Figur 5b das in Figur 5a dargestellte Mehrkanal-Sensorelement in einer perspektivischen Darstellung,5b shows the multi-channel sensor element shown in FIG. 5a in a perspective view,
Figur 6a ein mit einer flexiblen Leiterplatine kontaktiertes Mehrkanal-Sensorelement in einer perspektivischen Darstellung und6a shows a contacted with a flexible printed circuit board multi-channel sensor element in a perspective view and
Figur 6b das in Figur 6a dargestellte Mehrkanal-Sensorelement in einer Querschnittsansicht.6b, the multi-channel sensor element shown in Figure 6a in a cross-sectional view.
An dieser Stelle bleibt anzumerken, dass sich in der Zeichnung die Bezugszeichen von gleichen oder von einander ent- sprechenden Komponenten lediglich in ihrer ersten Ziffer unterscheiden .It should be noted at this point that in the drawing the reference signs of identical or mutually corresponding components differ only in their first digit.
Figur 1 zeigt eine Inspektionsvorrichtung 100 zur kontaktlo- sen Inspektion von einer an einem flächigen Träger 130 ausgebildeten Leiterbahnstruktur 131. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist der flächige Träger ein Flachbildschirm-Substrat 130, auf welchem nach einem frühen Herstellungsschritt für die Herstellung eines LCD-Flachbildschirms eine Leiterbahnmatrix 131 ausgebildet wurde, mittels welcher eine Vielzahl von Dünnschichttransistoren kontaktiert werden.FIG. 1 shows an inspection device 100 for contactless inspection of a printed conductor structure 131 formed on a flat carrier 130. According to the exemplary embodiment shown here, the planar carrier is a flat-screen substrate 130 on which, after an early production step, for the production of an LCD flat screen a trace matrix 131 has been formed, by means of which a plurality of thin-film transistors are contacted.
Die Inspektionsvorrichtung 100 weist einen Rahmen bzw. ein Chassis 101 auf, an welchem ein Aufnahmeelement 102 angeord- net ist. Das Aufnahmeelement 102, welches gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ein Fixiertisch 102 ist, dient der Aufnahme des Flachbildschirm-Substrats 130. An dem Chassis 101 sind zwei parallel ausgerichtete Führungen 103 angebracht sind. Die beiden Führungen 103 tragen einen quer stehenden Trägerarm 104. Der quer stehende Trägerarm 104 weist eine Führung 105 auf, an welcher ein Trägerelement 106 verschiebbar gelagert ist. Die beiden Führungen 103 verlaufen entlang einer y-Richtung, die Führung 105 verläuft entlang einer x-Richtung.The inspection device 100 has a frame or a chassis 101, on which a receiving element 102 is arranged. The receiving element 102, which according to the embodiment illustrated here is a fixing table 102, serves to receive the flat-screen substrate 130. On the chassis 101, two parallel aligned guides 103 are attached. The two guides 103 carry a transverse support arm 104. The transverse support arm 104 has a guide 105 on which a support member 106 is slidably mounted. The two guides 103 extend along a y-direction, the guide 105 runs along an x-direction.
An dem Trägerelement 106 ist ein Mehrkanal-Sensorelement 150 angeordnet, welches eine Mehrzahl von nicht dargestellten Sensorelektroden aufweist. Die Führungen 103, der Trägerarm 104, die Führung 105 und das Trägerelement 106 stellen zusammen nicht dargestellten Antriebsmotoren ein Flächen- Positioniersystem dar. Durch eine entsprechende Ansteuerung der Antriebsmotoren kann das Mehrkanal-Sensorelement 150 parallel zu dem Flachbildschirm-Substrat 130 positioniert werden. Dabei wird eine stets ein bestimmter vorgegebener Messabstand von einigen 10 μm zwischen den Sensorelektroden und der Leiterbahnmatrix eingehalten.On the carrier element 106, a multi-channel sensor element 150 is arranged, which has a plurality of sensor electrodes, not shown. The guides 103, the carrier arm 104, the guide 105 and the carrier element 106 together constitute a surface positioning system not shown drive motors. By a corresponding control of the drive motors, the multi-channel sensor element 150 can be positioned parallel to the flat panel substrate 130. In this case, a certain predetermined measuring distance of a few 10 μm is always maintained between the sensor electrodes and the printed conductor matrix.
Figur 2a zeigt das für die Inspektionsvorrichtung 100 verwendete Mehrkanal-Sensorelement 150, welches nunmehr mit dem Bezugszeichen 250 versehen ist. Das Mehrkanal-Sensorelement 250 weist ein gestuftes Substrat 251 auf, welches beispielsweise ausgehend von einem Dünnglas oder einem Wafer vorstrukturiert wurde. Demzufolge weist das Sensorelement 250 einen erhabenen oberen Bereich 260 und einen vertieften unteren Bereich 280 auf, welche über einen stufenförmigen Übergangs- bereich 270 miteinander verbunden sind.FIG. 2 a shows the multi-channel sensor element 150 used for the inspection device 100, which is now provided with the reference numeral 250. The multi-channel sensor element 250 has a stepped substrate 251, which has been prestructured, for example, starting from a thin glass or a wafer. As a result, the sensor element 250 has a raised upper area 260 and a recessed lower area 280, which are connected to one another via a stepped transition area 270.
Der erhabene obere Bereich 260 ist mit einer Mehrzahl von Sensorelektroden 261 versehen, die entlang einer Reihe angeordnet sind. Der erhabene obere Bereich 260 weist eine sehr hohe Planarität auf, wobei die Höhenschwankungen der Oberfläche 262 des Bereichs 260 lediglich eine Unebenheit von maximal ± 0,5 μm erreichen. Dies bedeutet, dass sich, eine iden- tische Form aller Sensorelektroden vorausgesetzt, die Spitzen aller Sensorelektroden 261 quasi automatisch innerhalb einer Ebene befinden.The raised upper portion 260 is provided with a plurality of sensor electrodes 261 arranged along a row. The raised upper area 260 has a very high planarity, wherein the height variations of the surface 262 of the area 260 only reach a maximum unevenness of ± 0.5 μm. This means that, an identical Assuming table shape of all sensor electrodes, the tips of all sensor electrodes 261 are virtually automatically located within a plane.
Der vertiefte untere Bereich 280 ist mit einer Mehrzahl von Anschlussflächen 281 versehen. Jede Anschlussfläche 281 ist mittels einer von einer Deckschicht verdeckten und somit nicht dargestellten Verbindungsleitung mit einer der Sensorelektroden 261 verbunden.The recessed lower portion 280 is provided with a plurality of lands 281. Each connection surface 281 is connected to one of the sensor electrodes 261 by means of a connecting line which is hidden by a cover layer and thus not shown.
Wie aus Figur 2a ersichtlich, weist die durch den Zwischenbereich 270 gebildete Stufe einen sehr flachen Winkel auf. Dieser Winkel beträgt gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ungefähr 5°. Dies hat den Vorteil, dass die Verbindungsleitungen lediglich über einen weitgehend kantenfreien flachen Übergang geführt sind, so dass bei der Herstellung der Verbindungsleitungen, welche Herstellung bevorzugt mittels bekannter Lithographieverfahren erfolgen kann, Leitungsunterbrechungen kaum zu besorgen sind.As can be seen in FIG. 2a, the step formed by the intermediate region 270 has a very shallow angle. This angle is approximately 5 ° according to the embodiment shown here. This has the advantage that the connecting lines are guided only over a largely edge-free flat transition, so that in the manufacture of the connecting lines, which production preferably can be done by means of known lithographic process, line interruptions are difficult to get.
Figur 2b zeigt das Mehrkanal-Sensorelement 250 in einer Draufsicht. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Mehrkanal-Sensorelement 250 insgesamt 64 Sensorelektroden 261 auf. Parallel zu der Reihe der Sensorelemente 261 weist das Sensorelement 250 entlang einer x-Richtung eine Länge von 12 mm auf. Das Sensorelement 250 weist ferner senkrecht zu der Reihe der Sensorelemente 261 entlang einer y-Richtung eine Breite von 10 mm auf, wobei der erhabene obere Bereich 260 eine Breite von 4 mm, der Zwischenbereich 270 eine Breite von 2,3 mm und der vertiefte untere Bereich 280 eine Breite von 3,7 mm aufweist. Selbstverständlich sind auch andere räumliche Abmessungen des Mehrkanal-Sensorelements 250 möglich.FIG. 2b shows the multi-channel sensor element 250 in a plan view. According to the exemplary embodiment illustrated here, the multi-channel sensor element 250 has a total of 64 sensor electrodes 261. Parallel to the row of sensor elements 261, the sensor element 250 has a length of 12 mm along an x-direction. The sensor element 250 further has a width of 10 mm perpendicular to the row of the sensor elements 261 along a y-direction, wherein the raised upper portion 260 has a width of 4 mm, the intermediate portion 270 a width of 2.3 mm and the recessed lower Region 280 has a width of 3.7 mm. Of course, other spatial dimensions of the multi-channel sensor element 250 are possible.
In dem erhabenen oberen Bereich 260 sind ferner vier Zentriermarkierungen 252 vorhanden, welche bei der Herstellung des Mehrkanal-Sensorelements 250 von Bedeutung ist. Diese Herstellung wird weiter unten genauer beschrieben. Die Zentriermarkierungen 252 dienen dabei beispielsweise einer genauen räumlichen Zuordnung von Masken für Strukturierungsschrit- te bei der Herstellung von Sensorelektroden, Verbindungslei- tungen und Anschlussflächen.In the raised upper portion 260, four centering marks 252 are also present, which is in the manufacture of the multi-channel sensor element 250 of importance. These Production will be described in more detail below. The centering markings 252 serve, for example, for an exact spatial assignment of masks for structuring steps in the production of sensor electrodes, connecting lines and connection surfaces.
In dem vertieften unteren Bereich 280 sind 64 Anschlussflächen 281 ausgebildet. Jede Anschlussfläche 281 ist über eine nicht dargestellte Verbindungsleitung mit einer bestimmten Sensorelektrode 261 verbunden. Dabei sind die Verbindungsleitungen jeweils mit einer Abschirmung versehen, die gemeinsam über Erdungs-Anschlussflachen 282 kontaktiert werden können. Die genaue Form der Abschirmung wird nachfolgend anhand von Figur 4c im Detail erläutert.In the recessed lower portion 280 64 pads 281 are formed. Each pad 281 is connected via a connecting line, not shown, with a specific sensor electrode 261. In this case, the connection lines are each provided with a shield which can be contacted together via ground connection surfaces 282. The exact form of the shield is explained below with reference to Figure 4c in detail.
Im Folgenden wird ein bevorzugtes Herstellungsverfahren für ein bzw. für eine Mehrzahl von Mehrkanal-Sensorelemente anhand der Figuren 3 bis 6 beschrieben. Dabei werden weitere strukturelle Details des oben beschriebenen Mehrkanal-Sensor- elements 250 erläutert.In the following, a preferred manufacturing method for one or a plurality of multi-channel sensor elements will be described with reference to FIGS. 3 to 6. In this case, further structural details of the multichannel sensor element 250 described above are explained.
Figur 3a zeigt in einer Draufsicht ein vorstrukturiertes Ausgangssubstrat 390 zur Herstellung einer Mehrzahl von Mehrkanal-Sensorelementen. Die Vorstrukturierung, welche mittels mechanischen Schleifens und/oder einem Ätzvorgang erfolgen kann, bildet in dem Ausgangssubstrat 390 eine Grabenstruktur 391 aus. Die Grabenstruktur weist mehrere voneinander beabstandet angeordnete vertiefte untere Flächenbereiche 391 auf. Die vertieften unteren Flächenbereiche 391 erstrecken sich entlang einer x-Richtung. Zwischen zwei benachbarten vertieften unteren Flächenbereichen 391 befindet sich jeweils ein erhabener oberer Flächenbereich 392. Ein vertiefter unterer Flächenbereich 391 geht senkrecht zu seiner Längserstreckung, d.h. entlang einer y-Richtung über einen Übergangs-Zwischenbereich 393 in einen erhabenen oberen Flächenbereich 392 über. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel verlaufen die vertieften unteren Flächenbereiche 391 bzw. die erhabenen oberen Flächenbereiche 392 parallel zueinander. Es sind jedoch auch andere Grabenstrukturen, beispielsweise eine mäanderförmige Grabenstruktur denkbar.FIG. 3 a shows a plan view of a prestructured starting substrate 390 for producing a plurality of multi-channel sensor elements. The pre-structuring, which can take place by means of mechanical grinding and / or an etching process, forms a trench structure 391 in the starting substrate 390. The trench structure has a plurality of spaced-apart recessed lower surface areas 391. The recessed lower surface regions 391 extend along an x-direction. A recessed lower surface area 391 is perpendicular to its longitudinal extent, ie, along a y-direction via a transitional intermediate portion 393 in a raised upper surface area 392 over. According to the exemplary embodiment illustrated here, the recessed lower surface regions 391 and the raised upper surface regions 392 extend parallel to one another. However, other trench structures, for example a meandering trench structure, are also conceivable.
Figur 3b zeigt das Ausgangssubstrat 390 in einer Querschnittsansicht senkrecht zur x-Richtung. Die äußeren erhabenen oberen Flächenbereiche am Rand des Ausgangssubstrates 390 weisen entlang des y-Richtung eine Breite von ungefähr 13 mm auf. Die inneren erhabenen oberen Flächenbereiche weisen eine Breite von 8,3 mm auf. Die vertieften unteren Flächenbereiche 391 weisen ein Breite von 7,7 mm und die zwei jeweils benachbarten Übergangs-Zwischenbereiche 393 weisen eine Breite von ungefähr 2,3 mm auf. Die Übergangs-Zwischenbereiche 393 sind in einem Winkel von ca. 5° relativ zu der Oberfläche der erhabenen oberen Flächenbereiche 391 geneigt. Der Höhenunterschied entlang der z-Richtung zwischen den erhabenen oberen Flächenbereiche 391 und den vertieften unteren Flächenberei- che 391 beträgt ungefähr 200 μm. Selbstverständlich sind auch andere geometrische Abmessungen denkbar, um, wie in folgenden erläutert, einen Mehrkanal-Sensorelemente herzustellen.FIG. 3b shows the starting substrate 390 in a cross-sectional view perpendicular to the x-direction. The outer raised upper surface areas at the edge of the starting substrate 390 have a width of about 13 mm along the y-direction. The inner raised upper surface areas have a width of 8.3 mm. The recessed lower surface portions 391 have a width of 7.7 mm and the two adjacent transition intermediate portions 393 have a width of about 2.3 mm. The transitional intermediate regions 393 are inclined at an angle of approximately 5 ° relative to the surface of the raised upper surface regions 391. The height difference along the z-direction between the raised upper surface portions 391 and the recessed lower surface portions 391 is about 200 μm. Of course, other geometric dimensions are conceivable to produce a multi-channel sensor elements, as explained in the following.
Figur 3c zeigt die Anordnung einer Vielzahl von herzustellen- den Mehrkanal-Sensorelementen 350 auf dem AusgangssubstratFIG. 3c shows the arrangement of a multiplicity of multichannel sensor elements 350 to be produced on the starting substrate
390. Die einzelnen Sensorelemente 350 sind zueinander benachbart in mehreren Reihen parallel zur x-Richtung angeordnet. Ferner sind Sensorelemente 350, die zwei einander benachbarten Reihen zugeordnet sind, einander gegenüberliegend ange- ordnet. Jedes Sensorelement 350 weist somit einen oberen Teil des erhabenen oberen Flächenbereichs 392 des Ausgangssubstrates 390 und einen unteren Teil des vertieften unteren Flächenbereiches 391 des Ausgangssubstrates 390 auf.390. The individual sensor elements 350 are arranged adjacent to one another in a plurality of rows parallel to the x-direction. Furthermore, sensor elements 350, which are assigned to two adjacent rows, are arranged opposite one another. Each sensor element 350 thus has an upper part of the raised upper surface area 392 of the starting substrate 390 and a lower part of the recessed lower surface area 391 of the starting substrate 390.
An dem oberen Teil werden nachfolgend die Sensorelektroden angeformt, wohingegen der untere Teil für eine Kontaktierung des jeweiligen Sensorelements 350 verwendet wird. Dies hat den Vorteil, dass die einzelnen Sensorelemente 350 im Nutzen des Ausgangssubstrates 390 auf effektive und Platz sparende Weise angeordnet sind. Somit kann durch eine geeignete Wahl des Layouts und die Größe des Ausgangssubstrates 390 eine große Anzahl von einzelnen Sensorelementen 350 auf effektive Weise hergestellt werden kann.The sensor electrodes are subsequently formed on the upper part, whereas the lower part is used for contacting the respective sensor element 350. this has the advantage that the individual sensor elements 350 are arranged in the benefit of the starting substrate 390 in an effective and space-saving manner. Thus, by proper choice of layout and size of the starting substrate 390, a large number of individual sensor elements 350 can be effectively manufactured.
Die Figuren 4a und 4b zeigen ein Zwischenprodukt bei der Herstellung eines Mehrkanal-Sensorelementes 450. Figur 4a zeigt dieses Zwischenprodukt in einer Draufsicht, Figur 4b zeigt das Zwischenprodukt in einer perspektivischen Ansicht.FIGS. 4a and 4b show an intermediate product in the production of a multichannel sensor element 450. FIG. 4a shows this intermediate product in a plan view, FIG. 4b shows the intermediate product in a perspective view.
Das Zwischenprodukt weist eine erste Metallisierungsebene auf, die auf dem Sensorsubstrat 451 aufgebracht und in be- kannter Weise, beispielsweise mittels Lithographie strukturiert wurde. Durch die Strukturierung werden (a) in dem erhabenen oberen Bereich 460 Sensorelektroden 461 definiert, (b) in dem vertieften unterer Bereich 480 AnschlussflächenThe intermediate product has a first metallization plane which has been applied to the sensor substrate 451 and patterned in a known manner, for example by means of lithography. The patterning defines (a) sensor electrodes 461 in the raised top region 460, (b) in the recessed bottom region 480
481 definiert und (c) in dem stufenartigen Übergangsbereich 470 Verbindungsleitungen 471 definiert. Dabei erstrecken sich die Verbindungsleitungen 471 entlang der y-Richtung auf der einen Seite bis zu den Sensorelektroden 461 und auf der anderen Seite bis zu den Anschlussflächen 481. Außerdem sind laterale Abschirmungen 475 definiert, die in der gleichen gestuften Ebene wie die Verbindungsleitungen 471 ausgebildet sind. Die lateralen Abschirmungen sind miteinander elektrisch leitend verbunden und können über Erdungs-Anschlussflachen481 defines and (c) in the step-like transitional region 470 connecting lines 471 defined. In this case, the connecting lines 471 extend along the y-direction on one side to the sensor electrodes 461 and on the other side to the pads 481. In addition, lateral shields 475 are defined, which are formed in the same stepped plane as the connecting lines 471 , The lateral shields are electrically conductively connected to each other and can via grounding pads
482 kontaktiert werden.482 be contacted.
Figur 4c zeigt eine vergrößerte Darstellung der Sensorelektroden 461, die von den Verbindungsleitungen 471 kontaktiert und von den lateralen Abschirmungen 475 gegen elektromagnetische Strahlung abgeschirmt werden.FIG. 4c shows an enlarged view of the sensor electrodes 461, which are contacted by the connecting lines 471 and shielded from the electromagnetic radiation by the lateral shields 475.
Die Figuren 5a und 5b zeigen das fertig hergestellte Mehrkanal-Sensorelement 550. Figur 5a zeigt das Mehrkanal-Sensor- element 550 in einer Draufsicht, Figur 5b zeigt das Mehrkanal-Sensorelement 550 in einer perspektivischen Ansicht.FIGS. 5a and 5b show the finished multichannel sensor element 550. FIG. 5a shows the multichannel sensor element 550. FIG. element 550 in a plan view, Figure 5b shows the multi-channel sensor element 550 in a perspective view.
Ausgehend von dem in den Figuren 4a und 4b dargestellten Zwischenprodukt wurde das fertige Mehrkanal-Sensorelement 550 durch folgende Verfahrensschritte hergestellt:Starting from the intermediate product shown in FIGS. 4a and 4b, the finished multi-channel sensor element 550 was produced by the following method steps:
1. Aufbringen und Strukturierung der ersten Metallisierungslage (Aluminium)1. Application and structuring of the first metallization layer (aluminum)
2. Aufbringen einer Isolationsebene, beispielsweise eine Siliziumnitrid-Schicht und Strukturieren der aufgebrachten Isolationsebene, so dass die Sensorelektroden 561, die lateralen Abschirmungen und die Anschlussflächen 581 freigelegt sind.2. Application of an insulating plane, for example a silicon nitride layer, and structuring of the applied insulating plane, so that the sensor electrodes 561, the lateral shields and the connection surfaces 581 are exposed.
3. Aufbringen einer weiteren Metallisierungsebene 578, beispielsweise Aluminium, und Strukturieren der weiteren Metallisierungsebene 578, beispielsweise durch Photo-Lithographie, so dass die Sensorelektroden 561 und die Anschlussflächen 581 erneut freigelegt sind.3. Application of a further metallization plane 578, for example aluminum, and structuring of the further metallization plane 578, for example by photolithography, so that the sensor electrodes 561 and the pads 581 are exposed again.
Auf diese Weise wird durch die weitere Metallisierungsebene 578 eine vollflächige Abschirmelektrode für die Verbindungs- leitungen erzeugt. Im Ergebnis stellt somit der erhabene obere Bereich des Substrates 551 ein Sensorfeld 560 dar, welches insgesamt 64 in einer Reihe angeordnete Sensorelektroden 561 aufweist, die über jeweils eine abgeschirmte Verbindungsleitung mit einer entsprechenden Anschlussfläche 581 verbunden ist. Die Anschlussflächen 581 befinden sich in dem vertieften unteren Bereich, welcher deshalb auch als Anschlussbereich 580 des Sensorelements 550 bezeichnet wird. Die Verbindungsleitungen erstrecken sich über den Übergangsbereich 570.In this way, a full-surface shielding electrode for the connecting lines is generated by the further metallization level 578. As a result, the raised upper area of the substrate 551 thus constitutes a sensor field 560, which has a total of 64 sensor electrodes 561 arranged in a row, which are connected to a corresponding connection area 581 via a respective shielded connection line. The connection surfaces 581 are located in the recessed lower region, which is therefore also referred to as the connection region 580 of the sensor element 550. The connection lines extend over the transition region 570.
Die Figuren 6a und 6b zeigen ein mit einer flexiblen Leiterplatine 685 kontaktiertes Mehrkanal-Sensorelement 650. Fi- gur 6a zeigt eine Draufsicht, Figur 6b zeigt eine perspektivische Ansicht des kontaktierten Mehrkanal-Sensorelements 650.FIGS. 6a and 6b show a multichannel sensor element 650 contacted with a flexible printed circuit board 685. FIG. 6 a shows a top view, FIG. 6 b shows a perspective view of the contacted multichannel sensor element 650.
Die flexible Leiterplatine oder der Flexwire 685 ist so flach, dass selbst bei der lediglich sehr geringen Vertiefung des unteren Bereiches 680 im Vergleich zu dem oberen Bereich 660 von 200 μm die flexible Leiterplatine 685 nicht über die Sensorelektroden hinausragt. Dies bedeutet, dass die Spitzen der Sensorelektroden die am meisten erhabenen Bereiche des Mehrkanal-Sensorelements 650 darstellen.The flexible printed circuit board or Flexwire 685 is so flat that even with the only very small depression of the lower region 680 compared to the upper region 660 of 200 μm, the flexible printed circuit board 685 does not protrude beyond the sensor electrodes. This means that the tips of the sensor electrodes represent the most elevated portions of the multi-channel sensor element 650.
Die flexible Leiterplatine 685 wird beispielsweise mittels eines ACF-Bondprozesses (Anisotropie Conductive Film-Bond- prozesses) mit den entsprechenden Anschlussflächen kontaktiert. Selbstverständlich kann die flexible Leiterplatine 685 auch mittels herkömmlichen Wire-Bonding mit den Anschlussflächen kontaktiert werden.The flexible printed circuit board 685 is contacted, for example, by means of an ACF (Anisotropic Conductive Film Bonding) bonding process with the corresponding connection surfaces. Of course, the flexible printed circuit board 685 can also be contacted to the connection surfaces by means of conventional wire bonding.
Es wird darauf hingewiesen, dass die hier beschriebenen Ausführungsformen lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der Erfindung darstellen. So ist es möglich, die Merkmale einzelner Ausführungsformen in geeigneter Weise miteinander zu kombinieren, so dass für den Fachmann mit den hier expliziten Ausführungsvarianten eineIt should be noted that the embodiments described herein represent only a limited selection of possible embodiments of the invention. Thus, it is possible to combine the features of individual embodiments in a suitable manner with one another, so that for the person skilled in the art with the variants of embodiment which are explicit here, a
Vielzahl von verschiedenen Ausführungsformen als offensichtlich offenbart anzusehen sind. Variety of different embodiments are to be regarded as obviously disclosed.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
100 Inspektionsvorrichtung100 inspection device
101 Chassis 102 Aufnahmeelement / Fixiertisch101 chassis 102 receiving element / fixing table
103 Führungen (y-Führungen)103 tours (y-guides)
104 quer stehender Trägerarm104 transverse support arm
105 Führung (x-Führung)105 leadership (x-leadership)
106 Trägerelement 110 Auswerteeinheit106 carrier element 110 evaluation unit
130 flächiger Träger / Flachbildschirm-Substrat130 flat carrier / flat screen substrate
131 Leiterbahnstruktur / Leiterbahnmatrix 150 Sensorelement131 Conductor Structure / Conductor Matrix 150 Sensor element
250 Mehrkanal-Sensorelement250 multi-channel sensor element
251 Substrat / Dünnglas / Wafer251 substrate / thin glass / wafer
252 Zentriermarkierungen252 centering marks
260 erhabener oberer Bereich / Sensorfeld260 raised upper area / sensor field
261 Sensorelektroden 262 plane Oberfläche261 sensor electrodes 262 plane surface
270 Übergangsbereich / Stufe270 transition area / step
280 vertiefter unterer Bereich / Anschlussbereich280 recessed lower area / connection area
281 Anschlussflächen281 connection surfaces
282 Anschlussflächen für Erdung282 ground pads
350 Mehrkanal-Sensorelement350 multi-channel sensor element
390 Ausgangssubstrat390 starting substrate
391 Grabenstruktur / vertiefte untere Flächenbereiche391 trench structure / recessed lower surface areas
392 erhabene obere Flächenbereiche 393 Übergangs-Zwischenbereich392 raised upper surface areas 393 Transitional intermediate area
450 Mehrkanal-Sensorelement450 multi-channel sensor element
451 Substrat / Dünnglas / Wafer451 substrate / thin glass / wafer
460 erhabener oberer Bereich / Sensorfeld 461 Sensorelektroden460 raised upper area / sensor field 461 sensor electrodes
470 Übergangsbereich / Stufe470 Transition Range / Level
471 Verbindungsleitungen 475 Abschirmung471 connecting lines 475 shielding
480 vertiefter unterer Bereich / Anschlussbereich480 recessed lower area / connection area
481 Anschlussflächen481 connection surfaces
482 Anschlussflächen für Erdung482 ground pads
550 Mehrkanal-Sensorelement550 multi-channel sensor element
551 Substrat / Dünnglas / Wafer551 substrate / thin glass / wafer
560 erhabener oberer Bereich / Sensorfeld560 raised upper area / sensor field
561 Sensorelektroden 570 Übergangsbereich / Stufe561 sensor electrodes 570 transition area / step
578 Metallisierungsschicht578 metallization layer
580 vertiefter unterer Bereich / Anschlussbereich580 recessed lower area / connection area
581 Anschlussflächen581 connection surfaces
582 Anschlussflächen für Erdung582 ground pads
650 Mehrkanal-Sensorelement650 multi-channel sensor element
651 Substrat / Dünnglas / Wafer651 substrate / thin glass / wafer
660 erhabener oberer Bereich / Sensorfeld660 raised upper area / sensor field
670 Übergangsbereich / Stufe 680 vertiefter unterer Bereich / Anschlussbereich670 transition area / step 680 recessed lower area / connection area
685 flexibel Leiterplatine / Flexwire 685 flexible printed circuit board / Flexwire

Claims

Patentansprüche claims
1. Sensorelement zur Inspektion von einer an einem flächigen Träger (130) ausgebildeten Leiterbahnstruktur (131), insbe- sondere zur kontaktlosen Inspektion von einer an einem Flachbildschirm-Substrat (130) ausgebildeten Leiterbahnmatrix (131), das Sensorelement (150, 250, 350, 450, 550, 650) aufweisendA sensor element for inspecting a printed conductor structure (131) formed on a planar carrier (130), in particular for contactless inspection of a printed conductor matrix (131) formed on a flat screen substrate (130), the sensor element (150, 250, 350 , 450, 550, 650)
• ein Substrat (251, 451, 551, 651), welches mechanisch derart strukturiert ist, dass es einen erhabenen oberenA substrate (251, 451, 551, 651) mechanically structured to have a raised top
Bereich (260, 360, 460, 560, 660) und einen vertieften unteren Bereich (280, 380, 480, 580, 680) aufweist, wobei der plane obere Bereich (260, 360, 460, 560, 660) und der vertiefte untere Bereich (280, 380, 480, 580, 680) durch einen Übergangsbereich (270, 370, 470, 570, 670) miteinander verbunden sind,Area (260, 360, 460, 560, 660) and a recessed lower portion (280, 380, 480, 580, 680), wherein the planar upper portion (260, 360, 460, 560, 660) and the recessed lower Area (280, 380, 480, 580, 680) by a transition region (270, 370, 470, 570, 670) are interconnected,
• eine Mehrzahl von Sensorelektroden (261, 461, 561), die an dem planen oberen Bereich (260, 360, 460, 560, 660) ausgebildet sind, und • eine Mehrzahl von Verbindungsleitungen (471) zum elektrischen Kontaktieren der Mehrzahl von Sensorelektroden (261, 461, 561), wobei jeder Sensorelektrode (261, 461, 561) eine Verbindungsleitung (471) zugeordnet ist, welche sich von der jeweiligen Sensorelektrode (261, 461, 561) bis hin zu dem vertieften unteren Bereich (280, 380, 480, 580, 680) erstreckt.• a plurality of sensor electrodes (261, 461, 561) formed on the planar upper portion (260, 360, 460, 560, 660), and • a plurality of connecting leads (471) for electrically contacting the plurality of sensor electrodes (47) 261, 461, 561), each sensor electrode (261, 461, 561) being associated with a connecting line (471) extending from the respective sensor electrode (261, 461, 561) to the recessed lower area (280, 380, 480, 580, 680).
2. Sensorelement nach Anspruch 1, bei dem der erhabene obere Bereich (260, 360, 460, 560, 660) eine planare Oberfläche (262) aufweist.2. Sensor element according to claim 1, wherein the raised upper portion (260, 360, 460, 560, 660) has a planar surface (262).
3. Sensorelement nach einem der Ansprüche 1 bis 2, bei dem die Sensorelektroden (261, 461, 561) und/oder die Verbindungsleitungen (471) mittels Dünnschicht- und/oder Mikro- strukturierungstechnik hergestellt sind. 3. Sensor element according to one of claims 1 to 2, wherein the sensor electrodes (261, 461, 561) and / or the connecting lines (471) are made by means of thin-film and / or micro-structuring technology.
4. Sensorelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, zusätzlich aufweisend4. Sensor element according to one of claims 1 to 3, additionally comprising
• eine Abschirmung (475) , welche derart ausgebildet ist, dass eine elektromagnetische Abstrahlung von den Verbindungslei- tungen (471) und/oder eine elektromagnetische Einstrahlung in die Verbindungsleitungen (471) zumindest reduziert ist.• A shield (475), which is designed such that an electromagnetic radiation from the connecting lines (471) and / or an electromagnetic radiation in the connecting lines (471) is at least reduced.
5. Sensorelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das Substrat ein Dünnglas (251, 451, 551, 651) ist.5. Sensor element according to one of claims 1 to 4, wherein the substrate is a thin glass (251, 451, 551, 651).
6. Sensorelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das Substrat ein Wafer, insbesondere ein Silizium Wafer ist.6. Sensor element according to one of claims 1 to 4, wherein the substrate is a wafer, in particular a silicon wafer.
7. Sensorelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, zusätzlich aufweisend7. Sensor element according to one of claims 1 to 6, additionally comprising
• eine Mehrzahl von elektrischen Anschlussflächen (281, 481, 581) zur weiteren Kontaktierung des Sensorelements (150, 250, 350, 450, 550, 650), welche Anschlussflächen (281, 481, 581) an dem vertieften unteren Bereich (280, 380, 480, 580, 680) ausgebildet sind, wobei jeweils eine Anschlussfläche (281, 481, 581) einer Sensorelektrode (261, 461, 561) zugeordnet und mit der entsprechenden Verbindungsleitung (471) elektrisch verbunden ist.• a plurality of electrical connection surfaces (281, 481, 581) for further contacting of the sensor element (150, 250, 350, 450, 550, 650), which connection surfaces (281, 481, 581) at the recessed lower portion (280, 380 , 480, 580, 680), wherein in each case one connection surface (281, 481, 581) is assigned to a sensor electrode (261, 461, 561) and is electrically connected to the corresponding connection line (471).
8. Sensorelement nach Anspruch 7, zusätzlich aufweisend8. Sensor element according to claim 7, additionally comprising
• eine flexible Leiterplatine (685), welche eine Mehrzahl von Ansteuerleitungen aufweist, wobei jeweils eine Ansteuerleitung mit einer elektrischen Anschlussfläche (281, 481, 581) verbunden ist.• A flexible printed circuit board (685) having a plurality of drive lines, wherein in each case a drive line to an electrical connection surface (281, 481, 581) is connected.
9. Sensorelement nach Anspruch 8, bei dem die flexible Leiterplatine (685) zumindest eine flächige9. Sensor element according to claim 8, wherein the flexible printed circuit board (685) at least one planar
Schirmung aufweist.Shielding has.
10. Sensorelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem - der Übergang zwischen dem Übergangsbereich (270, 370, 470, 570, 670) und dem erhabenen oberen Bereich (260, 360, 460, 560, 660) und/oder10. Sensor element according to one of claims 1 to 9, wherein the transition between the transition region (270, 370, 470, 570, 670) and the raised upper region (260, 360, 460, 560, 660) and / or
- der Übergang zwischen dem Übergangsbereich (270, 370, 470, 570, 670) und dem vertieften unteren Bereich (280, 380, 480,the transition between the transition region (270, 370, 470, 570, 670) and the recessed lower region (280, 380, 480,
580, 680) in einem flachen Winkel erfolgt.580, 680) at a shallow angle.
11. Sensorelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem die Sensorelektroden (261, 461, 561) in einer Reihe angeordnet sind.11. Sensor element according to one of claims 1 to 10, wherein the sensor electrodes (261, 461, 561) are arranged in a row.
12. Vorrichtung zur Inspektion von einer an einem flächigen Träger (130) ausgebildeten Leiterbahnstruktur (131), insbe- sondere zur kontaktlosen Inspektion von einer an einem Flachbildschirm-Substrat (130) ausgebildeten Leiterbahnmatrix (131), die Vorrichtung aufweisend12. An apparatus for inspecting a printed conductor structure (131) formed on a flat carrier (130), in particular for contactless inspection of a printed conductor matrix (131) formed on a flat screen substrate (130), comprising the device
• ein Chassis (101),A chassis (101),
• ein Aufnahmeelement (102), welches an dem Chassis (101) angeordnet ist und welches zur Aufnahme des flächigen Trägers (130) eingerichtet ist,A receiving element (102), which is arranged on the chassis (101) and which is adapted to receive the planar carrier (130),
• zumindest ein Sensorelement (150, 250, 350, 450, 550, 650) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 zur Inspektion der Leiterbahnstruktur (131) und • ein Positioniersystem (103, 104, 105, 106), welches an dem Chassis (101) angeordnet ist und welches derart mit dem Sensorelement (150, 250, 350, 450, 550, 650) und/oder mit dem Aufnahmeelement (102) gekoppelt ist, dass das Sensorelement (150, 250, 350, 450, 550, 650) relativ zu dem flä- chigen Träger (130) in einer Ebene parallel zu der Leiterbahnstruktur (131) positionierbar ist.At least one sensor element (150, 250, 350, 450, 550, 650) according to one of claims 1 to 10 for inspecting the printed conductor structure (131) and a positioning system (103, 104, 105, 106) attached to the chassis ( 101) and which is coupled to the sensor element (150, 250, 350, 450, 550, 650) and / or to the receiving element (102) in such a way that the sensor element (150, 250, 350, 450, 550, 650 ) is positionable relative to the flat carrier (130) in a plane parallel to the track structure (131).
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, zusätzlich aufweisend13. The apparatus of claim 12, further comprising
• eine Auswerteeinheit (110), welche dem Sensorelement (150, 250, 350, 450, 550, 650) nachgeschaltet ist und welche zur• an evaluation unit (110), which is the sensor element (150, 250, 350, 450, 550, 650) connected downstream and which for
Auswertung der von dem Sensorelement (150, 250, 350, 450, 550, 650) bereitgestellten Messsignale eingerichtet ist. Evaluation of the provided by the sensor element (150, 250, 350, 450, 550, 650) measuring signals is set up.
14. Verfahren zur Inspektion von einer an einem flächigen Träger (130) ausgebildeten Leiterbahnstruktur (131), insbesondere zur kontaktlosen Inspektion von einer an einem Flach- bildschirm-Substrat (130) ausgebildeten Leiterbahnmatrix (131), das Verfahren aufweisend die folgenden Schritte:14. A method for inspection of a printed conductor structure formed on a flat carrier, in particular for contactless inspection of a printed conductor matrix formed on a flat screen substrate, the method comprising the following steps:
• Positionieren des Sensorelements (150, 250, 350, 450, 550, 650) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 mittels eines Positioniersystems (103, 104, 105, 106) relativ zu der Leiter- bahnstruktur (131) in einem vorbestimmten Messabstand,Positioning the sensor element (150, 250, 350, 450, 550, 650) according to one of claims 1 to 10 by means of a positioning system (103, 104, 105, 106) relative to the printed conductor structure (131) at a predetermined measuring distance,
• Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen den Sensorelektroden (261, 461, 561) und der Leiterbahnstruktur• Applying an electrical voltage between the sensor electrodes (261, 461, 561) and the conductor track structure
(131),(131)
• Bewegen des Sensorelements (150, 250, 350, 450, 550, 650) durch eine entsprechende Ansteuerung des Positioniersystems (103, 104, 105, 106) relativ zu dem flächigen Träger (130) in einer Ebene parallel zu der Leiterbahnstruktur (131),Moving the sensor element (150, 250, 350, 450, 550, 650) by a corresponding activation of the positioning system (103, 104, 105, 106) relative to the planar support (130) in a plane parallel to the conductor track structure (131) .
• Messen eines Stromflusses durch zumindest eine mit einer Sensorelektrode (261, 461, 561) verbundene Verbindungslei- tung (471) undMeasuring a current flow through at least one connecting line (471) connected to a sensor electrode (261, 461, 561) and
• Detektieren eines lokalen Spannungszustands in zumindest einem Teilbereich der Leiterbahnstruktur (131) .• Detecting a local stress state in at least a partial area of the conductor track structure (131).
15. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem die Leiterbahnstruktur (131) durch eine rasterförmige Bewegung des Sensorelements (150, 250, 350, 450, 550, 650) abgetastet wird.15. The method of claim 14, wherein the conductor track structure (131) is scanned by a grid-shaped movement of the sensor element (150, 250, 350, 450, 550, 650).
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 14, bei dem zwischen den Sensorelektroden (261, 461, 561) und der Leiterbahnstruktur (131) eine amplitudenmodulierte Spannung angelegt wird.16. The method according to any one of claims 13 to 14, wherein between the sensor electrodes (261, 461, 561) and the conductor track structure (131) an amplitude-modulated voltage is applied.
17. Herstellverfahren für zumindest ein Sensorelement (150, 250, 350, 450, 550, 650) zur Inspektion von einer an einem flächigen Träger (130) ausgebildeten Leiterbahnstruktur (131), insbesondere zur kontaktlosen Inspektion von einer an einem Flachbildschirm-Substrat (130) ausgebildeten Leiterbahnmatrix (131), das Herstellverfahren aufweisend die folgenden Schritte:17. Manufacturing method for at least one sensor element (150, 250, 350, 450, 550, 650) for the inspection of a on a flat support (130) formed conductor track structure (131), in particular for contactless inspection of an on a trace matrix (131) formed of a flat panel substrate (130), the manufacturing method comprising the following steps:
• Erzeugen von zumindest einer Grabenstruktur (391) in einem Ausgangssubstrat (390), so dass in dem AusgangssubstratGenerating at least one trench structure (391) in a starting substrate (390) such that in the starting substrate
(390) ein erhabener oberer Flächenbereich (392) und ein vertiefter unterer Flächenbereich (391) entsteht, die über einen Übergangs-Zwischenbereich (393) miteinander verbunden sind, • Ausbilden der Mehrzahl von Sensorelektroden (261, 461, 561) an dem oberen Flächenbereich (392),(390) a raised upper surface region (392) and a recessed lower surface region (391) are formed, which are interconnected via a transition intermediate region (393), • forming the plurality of sensor electrodes (261, 461, 561) on the upper surface region (392)
• Ausbilden der Mehrzahl von Verbindungsleitungen (471), wobei jeder Sensorelektrode (261, 461, 561) eine Verbindungsleitung (471) zugeordnet ist, welche sich von der je- weiligen Sensorelektrode (261, 461, 561) bis hin zu dem vertieften unteren Flächenbereich (391) erstreckt, undForming the plurality of connection lines (471), each sensor electrode (261, 461, 561) being associated with a connection line (471) extending from the respective sensor electrode (261, 461, 561) to the recessed lower surface area (391), and
• Vereinzeln des Ausgangssubstrates (390) derart, dass zumindest ein Sensorelement (150, 250, 350, 450, 550, 650) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 ausgeschnitten wird, wobei - der erhabene obere Bereich (260, 360, 460, 560, 660) des Sensorelements (150, 250, 350, 450, 550, 650) dem erhabenen oberen Flächenbereich (392) des Ausgangssubstrates (390) zugeordnet ist,Singulating the starting substrate (390) such that at least one sensor element (150, 250, 350, 450, 550, 650) is cut out according to one of claims 1 to 10, wherein - the raised upper portion (260, 360, 460, 560 , 660) of the sensor element (150, 250, 350, 450, 550, 650) is associated with the raised upper surface area (392) of the starting substrate (390),
- der vertiefte untere Bereich (280, 380, 480, 580, 680) des Sensorelements (150, 250, 350, 450, 550, 650) dem vertieften unteren Flächenbereich (391) des Ausgangssubstrates (390) zugeordnet ist und- the recessed lower portion (280, 380, 480, 580, 680) of the sensor element (150, 250, 350, 450, 550, 650) is associated with the recessed lower surface area (391) of the starting substrate (390) and
- der Übergangsbereich (270, 370, 470, 570, 670) des Sensorelements (150, 250, 350, 450, 550, 650) dem Übergangs- Zwischenbereich (393) des Ausgangssubstrates zugeordnet ist .- The transition region (270, 370, 470, 570, 670) of the sensor element (150, 250, 350, 450, 550, 650) is associated with the transition intermediate region (393) of the starting substrate.
18. Herstellverfahren nach Anspruch 17, zusätzlich aufweisend den Schritt • Ausbilden von lateralen Abschirmungen (475) , die sich von dem erhabenen oberen Flächenbereich (392) bis hin zum dem vertieften unteren Flächenbereich (391) erstrecken, wobei jeweils eine laterale Abschirmung (475) neben einer Verbindungsleitung (471) angeordnet ist.The manufacturing method according to claim 17, further comprising the step of: forming lateral shields (475) extending from the raised upper surface portion (392) to the recessed lower surface portion (391); in each case a lateral shield (475) is arranged next to a connecting line (471).
19. Herstellverfahren nach Ansprüche 18, zusätzlich aufwei- send die Schritte19. The manufacturing method according to claim 18, additionally comprising the steps
• Aufbringen einer ersten Metallisierungsschicht und Freilegen der Verbindungsleitungen,Applying a first metallization layer and exposing the connection lines,
• Aufbringen einer Isolationsschicht,Application of an insulation layer,
• Freilegen der Sensorelektroden (261, 461, 561) und der lateralen Abschirmungen (475) von der Isolationsschicht,Exposing the sensor electrodes (261, 461, 561) and the lateral shields (475) from the insulating layer,
• Aufbringen einer zweiten Metallisierungsschicht (578), so dass die lateralen Abschirmungen (475) und die zweite Metallisierungsschicht (578) elektrisch leitend miteinander verbunden sind, und • Freilegen der Sensorelektroden (261, 461, 561) von der zweiten Metallisierungsschicht (578) .Depositing a second metallization layer (578) such that the lateral shields (475) and the second metallization layer (578) are electrically conductively connected to each other, and exposing the sensor electrodes (261, 461, 561) from the second metallization layer (578).
20. Herstellverfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, zusätzlich aufweisend den Schritt • Kontaktieren der Verbindungsleitungen (471) mittels einer flexiblen Leiterplatine (685).The manufacturing method according to any one of claims 17 to 19, further comprising the step of: contacting the connection lines (471) with a flexible circuit board (685).
21. Herstellverfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, bei dem eine Mehrzahl von herzustellenden Sensorelementen (150, 250, 350, 450, 550, 650) derart in dem Ausgangssubstrat (390) platziert sind, dass21. A manufacturing method according to any one of claims 17 to 20, wherein a plurality of sensor elements (150, 250, 350, 450, 550, 650) to be manufactured are placed in the starting substrate (390)
- einige Sensorelemente (150, 250, 350, 450, 550, 650) zueinander benachbart in einer Reihe parallel zu einer Längsachse der Grabenstruktur (391) angeordnet sind und/oder dass- Some sensor elements (150, 250, 350, 450, 550, 650) adjacent to each other in a row parallel to a longitudinal axis of the trench structure (391) are arranged and / or that
- einige Sensorelemente (150, 250, 350, 450, 550, 650) in Bezug auf eine Längsachse der Grabenstruktur (391) einander gegenüberliegend an unterschiedlichen Seiten angeordnet sind. - Some sensor elements (150, 250, 350, 450, 550, 650) with respect to a longitudinal axis of the trench structure (391) are arranged opposite each other on different sides.
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